CN105130418A - 一种Li-Nb-Ti系微波介质陶瓷材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低温烧结中等介电常数Li-Nb-Ti系微波介质陶瓷材料及其制备方法。该材料由锂铌钛系材料及占主晶相重量百分比为0.5～6.0％的玻璃降烧剂组成，通过固相反应，即可得到本发明材料。锂铌钛系材料的组成为Li_aNb_bTi_cO₃，其中：1.2<a<1.4，0.3<b<0.4,0.5<c<0.7。玻璃降烧剂的制造原料含有：碳酸锂(Li₂CO₃)、氧化锌(ZnO)、三氧化二铝(Al₂O₃)、二氧化硅(SiO₂)、三氧化二硼(B₂O₃)和微量添加物组分。本发明制备的低温烧结LTCC微波介质陶瓷在850-900℃烧结良好，中等介电常数(ε_r为45～50)，品质因数Q×f高(≥8000GHz)，可用于低温共烧陶瓷***(LTCC)、多层介质谐振器、微波天线、滤波器等微波器件的制造，在工业上有着极大的应用价值。

Description

一种Li-Nb-Ti系微波介质陶瓷材料

技术领域

本发明属于介质陶瓷领域，尤其涉及复合微波介质陶瓷材料。

背景技术

微波介电陶瓷是指应用于微波频段(主要是UHF、SHF频段)电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷，在现代通讯中被广泛用作谐振器、滤波器、介质基片、介质导波回路等元器件，是现代通信技术的关键基础材料，已在便携式移动电话、电视***、军事雷达方面有着十分重要的应用，在现代通讯工具的小型化、集成化过程中正发挥着越来越大的作用。

应用于微波频段的介电陶瓷，应满足要求：(1)适宜的介电常数以利于器件的小型化(介质元器件的尺寸与介电常数εr的平方根成反比)；(2)介电常数的提高不能牺牲品质因数Q×f值(其中Q～1/tanδ，f是谐振频率)；(3)本发明中的Li-Nb-Ti体系具有中等介电常数(45～50)，高Q×f值(≥8000GHz)，是一种良好的微波介质材料。然而，未掺杂的LNT陶瓷烧结温度却较高(1100℃)，不能直接与Ag、Cu等低熔点金属共烧。为了降低烧结温度，传统的方法一种为掺入低熔点氧化物，如B₂O₃及V₂O₅，然而游离的B₂O₃及V₂O₅在后期流延过程中易导致浆料粘度过大而不稳定，极大限制了LNT材料的及微波多层器件的发展。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种可低温烧结(850～900℃)，具有中等介电常数(45-50)，低损耗的微波介质陶瓷材料及其制备方法。

本发明材料由锂铌钛系材料及占主晶相重量百分比为0.5～6.0％的玻璃降烧剂组成，其化学组成为Li_aNb_bTi_cO₃-xwt％G,其中：G为玻璃降烧剂，1.2<a<1.4，0.3<b<0.4,0.5<c<0.7，0.5≤x≤6.0。玻璃降烧剂G其原料组分按质量百分比计为：30％≤碳酸锂≤45％，15％≤二氧化硅≤25％，30％≤三氧化二硼≤35％，1％≤氧化锌≤2％，7％≤三氧化二铝≤10％，0.2％≤氧化铜≤0.8％，0.1％≤三氧化二镧≤0.6％。

将上述组分经过称量、混合球磨、煅烧、粉碎、造粒、成型、排胶和烧结的固相反应工序烧结成微波介质陶瓷，具体步骤如下：

步骤1：将碳酸锂(Li₂CO₃)、五氧化二铌(Nb₂O₅)、二氧化钛(TiO₂)的原始粉末按Li_aNb_bTi_cO₃组成配料，其中：1.2<a<1.4，0.3<b<0.4,0.5<c<0.7；

步骤2：将步骤1配好的配料以酒精为溶剂，湿式球磨混合8～24小时，烘干后在800～1000℃大气气氛中预烧4～12小时合成主晶相即M相和ss相；

步骤3：按玻璃降烧剂各组分配比将Li₂CO₃、B₂O₃、SiO₂、ZnO、Al₂O₃、CuO、La₂O₃配料，球磨3～7小时，烘干过筛，500℃～800℃保温2～8小时预烧，然后在1100℃～1500℃保温1～5小时熔融玻璃渣，将制备的玻璃渣再破碎球磨制成玻璃粉；

步骤4：将所述主晶相加入占其重量百分比为0.5～6.0％的玻璃粉，以酒精为溶剂，湿式球磨混合8～24小时，烘干后作为原料备用；

步骤5：添加剂量占原料总质量的2～5％的丙烯酸溶液作为粘结剂造粒，压制成型，最后在850～900℃空气中烧结2～4小时，制成微波介质陶瓷材料。

综上所述，由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的配方不含重金属成分，可在高频(3～10GHz)领域产品中应用，绿色环保无污染，满足欧共体最新出台的RHOS和WEEE的严格标准要求。

2、由传统的烧结工艺1150℃降到900℃以下，烧结温度的进一步降低，有节能优势。

3、烧结助剂使用复合低共熔点氧化物及微量添加剂，进一步改善了传统烧结助剂的缺点，如：无法与流延工艺匹配的低熔点氧化物(B₂O₃及V₂O₅)或高成本且性能不稳定的低熔点玻璃。

4、其介电常数从45～50可调，品质因数Q×f高(≥8000GHz)。

5、本发明可广泛应用于卫星通信中介质谐振器、滤波器、振荡器等微波器件中的低温高介电常数微波介质核心材料，具有重要工业应用价值。

附图说明

图1是实施例1在900度烧结的XRD(X射线衍射图)；

图2是实施例3在900度烧结的XRD(X射线衍射图)；

图3是实施例1在900度烧结的SEM(扫描电镜图)；

图4是实施例3在900度烧结的SEM(扫描电镜图)。

具体实施方式

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例

本发明材料由锂铌钛系材料及占主晶相重量百分比为0.5～6.0％的玻璃降烧剂组成，通过固相反应，即可得到本发明材料。锂铌钛系材料的组成为Li_aNb_bTi_cO₃其中：a＝11，b＝3,c＝6。玻璃降烧剂的制造原料含有：碳酸锂(Li₂CO₃)，氧化锌(ZnO)，三氧化二铝(Al₂O₃)，二氧化硅(SiO₂)，三氧化二硼(B₂O₃)以及微量添加物组分。表1示出了构成本发明的各成分含量的几个具体实施例的数据，表2给出各实施例的微波介电性能。其制备方法如上所述，用圆柱介质谐振器法进行微波介电性能的评价，检测方法为GB/T7265.2-1987开式腔法。

表1：

表2

图1示出实施例1在900度烧结的X射线衍射图，图2示出实施例3在900度烧结的X射线衍射图，由图可见，掺杂降烧剂后无新相生成；图3示出实施例1在900度烧结的扫描电镜图，图4示出实施例3在900度烧结的扫描电镜图，由图可见，掺杂玻璃降烧剂极大促进了烧结致密度，从而改善了LNT陶瓷的微波性能。

Claims (3)

1.一种Li-Nb-Ti系微波介质陶瓷材料，其特征在于：其化学组成为Li_aNb_bTi_cO₃-xwt％G,

其中：1.2<a<1.4，0.3<b<0.4,0.5<c<0.7，0.5≤x≤6.0；

G为玻璃降烧剂其原料组分按质量百分比计为：30％≤碳酸锂≤45％，15％≤二氧化硅≤25％，30％≤三氧化二硼≤35％，1％≤氧化锌≤2％，7％≤三氧化二铝≤10％，0.2％≤氧化铜≤0.8％，0.1％≤三氧化二镧≤0.6％。

2.如权利要求1所述Li-Nb-Ti系微波介质陶瓷材料的制备方法，包括下列步骤：

步骤1：将碳酸锂(Li₂CO₃)、五氧化二铌(Nb₂O₅)、二氧化钛(TiO₂)的原始粉末按Li_aNb_bTi_cO₃组成配料，其中：1.2<a<1.4，0.3<b<0.4,0.5<c<0.7；

步骤2：将步骤1配好的配料以酒精为溶剂，湿式球磨混合8～24小时，烘干后在800～1000℃大气气氛中预烧4～12小时合成主晶相M相和ss相；

步骤3：按配比将Li₂CO₃、B₂O₃、SiO₂、ZnO、Al₂O₃、CuO、La₂O₃配料，球磨3～7小时，烘干过筛，500℃～800℃保温2～8小时预烧，然后在1100℃～1500℃保温1～5小时熔融玻璃渣，将制备的玻璃渣再破碎球磨制成玻璃粉；

步骤4：将所述主晶相加入占其重量百分比为0.5～6.0％的玻璃粉，以酒精为溶剂，湿式球磨混合8～24小时，烘干后作为原料备用；

步骤5：添加剂量占原料总质量的2～5％的丙烯酸溶液作为粘结剂造粒，压制成型，最后在850～900℃空气中烧结2～4小时，制成微波介质陶瓷材料。

3.如权利要求2所述Li-Nb-Ti系微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述步骤3中玻璃粉D50＝1.0μm～2.0μm，比表面积S/V＝35000cm²/cm³～65000cm²/cm³。