CN101224977B - 一种低温烧结ltcc微波介质陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低温烧结LTCC微波介质陶瓷材料，制得该材料由原材料Li2CO3、Nb2O5和TiO2按摩尔比：Li2CO3∶Nb2O5∶TiO2＝x∶1∶y配制，其中，5.5＜x≤6，7＜y≤7.5；所构成的分子结构表达式为：Li1+m-nNb1-m-3nTim+4nO3，其中，0.1≤m≤0.15，0.2≤n≤0.25。本发明制备的低温烧结LTCC微波介质陶瓷，其固有烧结温度低(约1100℃)，且微波性能优异：介电常数(εr)为32＜x≤52左右，Q×f值高以及τf小；通过掺杂少量的低熔点氧化物，其烧结温度可以降至900℃左右，同时保持优异的微波介电性能且不和银(Ag)反应，可以采用纯银作为电极共烧，可极大地降低器件的制造成本，可用于低温共烧陶瓷系统(LTCC)、多层介质谐振器、微波天线、滤波器等微波器件的制造。

Description

一种低温烧结LTCC微波介质陶瓷材料及其制备方法
技术领域
本发明属于电子陶瓷及其制造领域，特别涉及一种低温烧结LTCC微波介质陶瓷材料及其制备方法。
背景技术
随着电子信息技术不断向高频化和数字化方向发展，对元器件的小型化，集成化以至模块化的要求也越来越迫切。低温共烧陶瓷LTCC(LowTemperature Co-fired Ceramics)以其优异的电学、机械、热学及工艺特性，已经成为电子器件模块化的主要技术之一，在国外及台湾地区迅猛发展，已形成产业锥形。过去几年，全球LTCC元件市场产值在手机，蓝牙及WLAN等无线通讯产品的推动下快速增长，预估未来市场表现也将持续亮丽。目前国内已有多家厂商看好该项技术而积极投入，然而由于上游材料及相关技术被国外掌控，使得大量出货的厂商仍在少数。由于国内被动元件厂商多年来与日商的拉锯目前仍呈现难舍难分，未来是否有可能被日商将拉锯持续拉大，国内LTCC的发展成效是重要的影响因素。
要实现无源元件的集成化，模块化，必须开发出新的LTCC材料新体系，尤其是中、高介电常数的LTCC瓷料在国内外尚没有很好的解决和商用，同时在模组设计和制造中急需研究低K(低介电常数)、中K和高K等不同介电常数的LTCC微波介质陶瓷材料，同时必须研究解决不同K值材料之间以及与银电极、铜电极的共烧兼容问题，国外同行在这方面已做了大量的研究工作，低K值的LTCC生料带已成熟生产并有杜邦、Ferro和Hereus等几大国际供货商，而国内目前仅局限于跟踪国外的研究，停留在研制低K材料和使其国产化阶段，绝大部分LTCC产品依赖于从国外进口LTCC生料带。因此，要想摆脱对国外LTCC瓷料及器件的依附，开发出具有独立自主知识产权的LTCC材料和器件迫在眉睫。
低温共烧陶瓷(LTCC)的共烧温度一般在800℃～950℃之间。由于烧结温度低，可用电阻率低的金属作为多层布线的导体材料，可以提高组装密度、信号传输速度，并且可内埋与多层基板一次烧成的各种层式微波电子器件，因此广泛用在高速高密度互连多元陶瓷组件(MCM)之中。由于共烧技术具有组装密度高，介电损耗低，可用于高微波频段，独石结构高可靠性与IC热匹配好等特点，因此有着极广的应用前景，其中又首推LTCC技术，因为它不仅烧结温度低，而且还在于采用了高电导率的金属电极Au，Ag，Cu等，布线导电性好，而且在用Cu电极时，造价也会很低。
因此在微波器件研究中，能与这种多层电路技术相适应的片式多层微波器件就得到了广泛研究，包括片式介质谐振器，滤波器，微波介质天线以及片式电容器等。一般微波陶瓷的烧结温度大多在1000℃以上，因此并不适合LTCC技术以及其贱金属化要求，因此开发和研究具有低烧结温度的微波材料体系就非常的有意义了。
通常降低微波介质材料的烧结温度的方法有：添加氧化物或低熔点玻璃烧结助剂，引入化学合成方法，以及超细粉体作原料等。但是在添加烧结助剂时，虽然可以降低烧结温度，但都会不同程度的降低微波介质材料的介电性能，而用化学方法合成时则工艺过程复杂，制造成本和周期会上升，并且对于目前大多微波介质体系即使采用了上述方法，其烧结温度也太高而难于符合LTCC低于1000℃的烧结工艺要求。因此寻找原料本身具有低烧结温度的介质体系就非常的重要了。
Li2O-Nb2O5-TiO2体系是一种烧结温度低(约1100℃)的微波介质材料体系。2002年，Borisevich和Davies首次报道了一种M-相Li1+m-nNb1-m-3nTim+4nO3(0.05≤m≤0.15，0≤n≤0.175)材料的微波性能。这种M-相材料具有较低的烧结温度(约1100℃)和优异的微波介电性能(εr＝55～78，Q×f高达9000GHz，τf可序列化)，是一种性能优异的低温烧结微波介质材料。随后的研究也是在针对这一范围之内，对于更低介电常数的Li2O-Nb2O5-TiO2体系研究甚少[文献1-5]。李蔚等人在Li2O-Nb2O5-TiO2体系中发现了一系列由M-相和Li2TiO3相组成的复合LNT微波介质材料，该体系中Li2CO3∶Nb2O5∶TiO2＝5∶x∶y，其中1≤x＜2，4＜y＜6[文献6-13]。该体系的介电常数较高，τf小，但Q×f较低。
综上所述，随着微波移动通信的迅猛发展，对微波器件的便携化，微型化提出了新的要求。用高介电常数微波材料制造的微波介质谐振器可以极大的减小微波电路尺寸，但进一步微型化的出路却在于MCM的发展。在制造MCM用多层电路基板时，LTCC技术显示出奇特优势，因此与LTCC技术相适应的多层介质器件和材料就得到了广泛的重视和研究。开发适用于LTCC技术、微波性能优异、能与银电极共烧、化学组成和制备工艺简单的新型微波介质陶瓷材料是一类极具应用前景的新材料。
以下是发明人检索的相关参考文献：
1.A.Y.Borisevich and P.K.Davies，“Crystalline Structure and DielectricProperties of Li1+x-yNb1-x-3yTix+4yO3M-Phase Solid Solutions”，J.Am.Ceram.Soc.，85：573-578(2002)。
2.L.Farber，I.Levin，A.Borisevich，I.E.Grey，R.S.Roth，and P.K.Davies，“Structural Study of Li1+x-yNb1-x-3yTix+4yO3 Solid Solutions”，J.Solid StateChem.，166：81-90(2002)。
3.Albina Y.Borisevich，and Peter K.Davies，“Effect of V2O5 Doping on theSintering and Dielectric Properties of M-Phase Li1+x-yNb1-x-3yTix+4yO3Ceramics”，J.Am.Ceram.Soc.，87：1047-1052(2004)。
4.Dong Heon Kang，Ki Chang Nam，Hun Ju Cha，“Effect of Li2O-V2O5 onthe low temperature sintering and microwave dielectric properties ofLi1.0Nb0.6Ti0.5O3 ceramics”，J.Eur.Ceram.Soc.，26：2117-2121(2006)。
5.Qun Zeng，Wei Li，Jian-lin Shi，Jing-kun Guo，Heng Chen，Ming-lin Liu，“Effect of B2O3 on the sintering and microwave dielectric properties of M-phaseLiNb0.6Ti0.5O3 ceramics”，J.Eur.Ceram.Soc.，27：261-265(2007)。
6.Zeng Qun，Li Wei，Shi Jian-lin，Guo Jing-kun，“Microwave DielectricProperties of 5Li2O-0.583Nb2O5-3.248TiO2 Ceramics with V2O5”，J.Am.Ceram.Soc.，89：3305-3307(2006)。
7.Zeng Qun，Li Wei，Shi Jian-lin，Guo Jing-kun，“A newLi2O-Nb2O5-TiO2 microwave dielectric ceramic composite”，Phys.Stat.Sol.(a).，203：R91-R93(2006)。
8.Zeng Qun，Li Wei，ShiJian-Lin，Guo Jing-Kun，Zuo MW，Wu WJ，“ANew Microwave Dielectric Ceramic for LTCC Applications”，J.Am.Ceram.Soc.，89：1733-1735(2006)。
9.Qun Zeng，Wei Li，Jian-lin Shi，Jing-kun Guo，“Fabrication andmicrowave dielectric properties of a new LTCC ceramic composite based onLi2O-Nb2O5-TiO2 system”，Mater Lett.，60：3203-3206(2006)。
10.Qun Zeng，Wei Li，Jian-lin Shi，Xian-lin Dong，Jing-kun Guo，“Microwave dielectric properties and microstructures of the11Li2O-3Nb2O5-12TiO2 ceramics with B2O3 addition”，Mater.Res.Bull.，43：411-417(2007)。
11.Zeng Qun，Li Wei，Shi Jian-Lin，Dong Xian-lin，Guo Jing-kun，“Effectof B2O3 addition to the LNT ceramic composite on sintering behavior andmicrowave dielectric properties”，Phys.Stat.Sol.(a).，204：3533-3537(2007)。
12.Zeng Qun，Li Wei，Shi Jian-lin，Dong Xian-lin，Guo Jing-kun，“Influence of V2O5 Additions to 5Li2O-1Nb2O5-5TiO2 Ceramics on SinteringTemperature and Microwave Dielectric Properties”，J.Am.Ceram.Soc.，90：2262-2265(2007)。
13.李蔚，曾群，施剑林，郭景坤，一种低温烧结的锂铌钛系复合微波介质陶瓷及其制备方法，中国专利：申请号：200610030525。
发明内容
针对以上现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种由M-相或M-相和Li2TiO3相组成的低温烧结LTCC微波介质陶瓷材料及其制备方法，本发明制得的该陶瓷材料的介电常数为32-52，Q×f高且频率温度系数小。通过掺杂少量的低熔点氧化物，其烧结温度可以降至900℃左右，同时保持优异的微波性能，可用于低温共烧陶瓷系统(LTCC)、多层介质谐振器、微波天线、滤波器等微波器件的制造。
为了实现上述任务，本发明采取以下的技术解决方案：
一种低温烧结LTCC微波介质陶瓷材料，其特征在于，制得该材料由原材料Li2CO3、Nb2O5和TiO2按摩尔比：Li2CO3∶Nb2O5∶TiO2＝x∶1∶y配制，其中5.5＜x≤6，7＜y≤7.5；所构成的分子结构表达式为：Li1+m-nNb1-m-3nTim+4nO3，其中0.1≤m≤0.15，0.2≤n≤0.25。
上述低温烧结LTCC微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：
1)将原材料Li2CO3、Nb2O5、TiO2按摩尔比Li2CO3∶Nb2O5∶TiO2＝x∶1∶y配制，其中，5.5＜x≤6，7＜y≤7.5；所构成的分子结构表达式为：Li1+m-nNb1-m-3nTim+4nO3，其中，0.1≤m≤0.15，0.2≤n≤0.25；
2)将配制后化学原料混合，加入酒精，采用湿磨法混合4小时，取出在120℃～140℃条件下烘干，过筛，压制成块状，置于氧化铝坩埚内，经以5℃/min的升温速率升至800℃～900℃，保温4小时～8小时，得到烧块；
3)将烧块粉碎，进行4小时～5小时的二次球磨烘干，造粒，得到瓷料，该瓷料在1050℃～1150℃下烧结2小时～4小时，即可得低温烧结LTCC微波介质陶瓷材料；或者
在二次球磨烘干后的粉料中加入重量比为0～2％的低熔点氧化物，加入酒精，放入尼龙罐中球磨4～8小时，取出在120℃～140℃温度下烘干，经造粒后压制成小圆片，在500℃～600℃条件下排胶，随炉冷却，然后在850℃～950℃下烧结2小时～4小时，即可得到低温烧结LTCC微波介质陶瓷材料。
所述的低熔点氧化物为B2O3，B2O3-ZnO、B2O3-CuO或Li2O-V2O5。
本发明制备的低温烧结LTCC微波介质陶瓷材料具有以下特点：
1)该材料是一种性能优异且能适用于LTCC的微波介质陶瓷材料；
2)该材料的固有烧结温度低(～1100℃)，且微波性能优异：介电常数(εr)大，Q×f高以及τf小；
3)通过掺杂少量的低熔点氧化物，其烧结温度可以降至900℃左右，同时保持优异的微波性能；
4)能与银电极共烧、化学组成和制备工艺简单。
附图说明
图1是Li2O-Nb2O5-TiO2三元体系中通过设计合适的原料配比图例；
图2、图3、图4是实施例19制备的低温共烧的微波介质陶瓷材料的XRD，背散射照片及能谱图；
图5、图6、图7是实施例20制备的低温共烧的微波介质陶瓷材料XRD，背散射照片及能谱图；
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述，但不局限于实施例。
具体实施方式
本发明是从LTCC低温共烧的角度出发，在Li2O-Nb2O5-TiO2三元体系中通过设计合适的原料配比(见图1)，提供一种固有烧结温度低且微波性能优异的一种低温烧结LNT微波介质陶瓷材料，并且可以通过掺杂少量的低熔点氧化物B2O3，B2O3-ZnO，B2O3-CuO或Li2O-V2O5，其烧结温度可成功降至900℃左右，同时保持优异的微波性能。是一种极具应用价值的高性能LTCC微波介质陶瓷材料。
本发明以分析纯的Li2CO3(≥98％)和Nb2O5(≥99％)，化学纯的TiO2(≥98％)为主要原料，分析纯的B2O3(≥99％)，CuO(≥99％)，V2O5(≥99％)，ZnO(≥99％)为烧结助剂。先按摩尔比Li2CO3∶Nb2O5∶TiO2＝x∶1∶y，其中5.5＜x≤6，7＜y≤7.5；所构成的分子结构表达式为：Li1+m-nNb1-m-3nTim+4nO3，其中0.1≤m≤0.15，0.2≤n≤0.25；
上述低温烧结微波介质陶瓷材料及其制备方法。具体步骤如下：
1)将原材料Li2CO3、Nb2O5、TiO2按摩尔比Li2CO3∶Nb2O5∶TiO2＝x∶1∶y配制，其中5.5＜x≤6，7＜y≤7.5；所构成的分子结构表达式为：Li1+m-nNb1-m-3nTim+4nO3，其中0.1≤m≤0.15，0.2≤n≤0.25，；
2)将配制后的化学原料混合，按料∶酒精比为1∶2加入酒精，放入尼龙罐中球磨4～8小时，取出在120℃～140℃条件下烘干，过筛后压制成块状置于氧化铝坩埚内，以5℃/min的升温速率升至800℃～900℃，保温4h～8h，得到烧块。
3)将烧块粉碎，并进行4～5小时的二次球磨烘干，造粒，得到瓷料，该瓷料在1050℃～1150℃下烧结2小时～4小时，即可得低温烧结LTCC微波介质陶瓷材料；或者
在二次球磨烘干后的粉料中加入0～2wt.％的低熔点氧化物B2O3，B2O3-ZnO，B2O3-CuO或Li2O-V2O5，按料∶酒精比为1∶2加入酒精，放入尼龙罐中球磨4～8小时，取出120～140℃烘干，经造粒后压制成小圆片，在500℃～600℃条件下排胶，随炉冷却，在500℃～600℃条件下排胶，随炉冷却后，然后在850℃～950℃下烧结2小时～4小时，可得到低温烧结LTCC微波介质陶瓷材料。
以下是发明人给出的具体实施例，但不局限于这些实施例。
实施例1：
将化学原料Li2CO3，Nb2O5和TiO2按摩尔比Li2CO3∶Nb2O5∶TiO2＝5.5∶1∶7配制后，充分混合球磨4个小时，磨细后120℃～140℃条件下烘干、过筛，压制成块状，置于氧化铝坩埚内，经以5℃/min的升温速率升至900℃，保温8小时，然后将烧块粉碎后二次球磨，取出烘干后造粒，再用70目和120目筛网双层过筛，即可获得所需瓷料。将瓷料根据需要压制成型(片状或者柱状)后，然后在1050℃～1150℃下烧结4小时，即可得到低温烧结LTCC微波介质陶瓷材料。该材料不同烧结温度下的微波性能如表一所示。
表一实施例1不同烧结温度下的微波性能
  烧结温度(℃)   ε   f(GHz)   Q×f   τ<sub>f</sub>(ppm/℃)
  1050   39.3   5.76   14647
  1075   42   5.74   16900   63.7
  1100   41.9   5.52   16267
  1125   40.6   5.54   14560
  1150   37.3   5.81   15170
实施例2：
将化学原料Li2CO3，Nb2O5和TiO2按摩尔比Li2CO3∶Nb2O5∶TiO2＝5.5∶1∶7.5配制后，充分混合球磨4个小时，磨细后烘干，过筛，压制成块状，置于氧化铝坩埚内，经以5℃/min的升温速率升至900℃，保温8小时，然后将烧块粉碎后二次球磨，取出烘干后造粒，再用70目和120目筛网双层过筛，即可获得所需瓷料。将瓷料根据需要压制成型(片状或者柱状)后，然后在1050℃～1150℃烧结，即可得到低温烧结LTCC微波介质陶瓷材料。该材料不同烧结温度下的微波性能如表二所示。
表二：实施例2不同烧结温度下的微波性能
  烧结温度(℃)   ε   f(GHz)   Q×f   τ<sub>f</sub>(ppm/℃)
  1050   41   5.57   15090
  1075   42.4   5.55   15930
  1100   42.9   5.47   15880
  1125   42.6   5.45   16843   65.7
  1150   38.2   5.73   12800
实施例3：
将化学原料Li2CO3，Nb2O5和TiO2按摩尔比Li2CO3∶Nb2O5∶TiO2＝6∶1∶7配制后，充分混合球磨4个小时，磨细后烘干，过筛，压制成块状，置于氧化铝坩埚内，经以5℃/min的升温速率升至900℃，保温8小时，得到烧块，然后将烧块粉碎后二次球磨，取出烘干后造粒，再用70目和120目筛网双层过筛，即可获得所需瓷料。将瓷料根据需要压制成型(片状或者柱状)后，然后在1050℃～1150℃下烧结，即可得到低温烧结LTCC微波介质陶瓷材料。该材料不同烧结温度下的微波性能如表三所示。
表三：实施例3不同烧结温度下的微波性能
  烧结温度(℃)   ε   f(GHz)   Q×f   τ<sub>f</sub>(ppm/℃)
  1050   36.7   5.81   12320
  1075   37.4   5.74   12570
  1100   35.2   5.91   15525
  1125   35.9   5.98   15910   56.6
  1150   34.3   5.94   15800
实施例4：
将化学原料Li2CO3，Nb2O5和TiO2按摩尔比Li2CO3∶Nb2O5∶TiO2＝6∶1∶7.5配制后，充分混合球磨4个小时，磨细后烘干，过筛，压制成块状，置于氧化铝坩埚内，经以5℃/min的升温速率升至900℃，保温8小时，然后将烧块粉碎后二次球磨，取出烘干后造粒，再用70目和120目筛网双层过筛，即可获得所需瓷料。将瓷料根据需要压制成型(片状或者柱状)后，然后在1050℃～1150℃下烧结，即可得到低温烧结LTCC微波介质陶瓷材料。该材料不同烧结温度下的微波性能如表四所示。
表四：实施例4不同烧结温度下的微波性能
  烧结温度(℃)   ε   f(GHz)   Q×f   τ<sub>f</sub>(ppm/℃)
  1050   38.2   5.66   15000
  1075   39.7   5.58   17253   54.2
  1100   39.2   5.70   17480
  1125   37.5   5.67   17580
  1150   37.1   5.78   18740
实施例5：
将化学原料Li2CO3，Nb2O5和TiO2按摩尔比Li2CO3∶Nb2O5∶TiO2＝5.7∶1∶7.3配制后，充分混合，球磨4个小时，磨细后烘干，过筛，压制成块状，置于氧化铝坩埚内，经以5℃/min的升温速率升至900℃，保温8小时，然后将烧块粉碎后二次球磨4个小时，取出烘干后造粒，再用70目和120目筛网双层过筛，即可获得所需瓷料。将瓷料根据需要压制成型(片状或者柱状)后，然后在1050℃～1150℃烧结，即可得到低温烧结LTCC微波介质陶瓷材料。该材料不同烧结温度下的微波性能如表五所示。
表五：实施例5不同烧结温度下的微波性能
  烧结温度(℃)   ε   f(GHz)   Q×f   τ<sub>f</sub>(ppm/℃)
  1050   34   6.41   14622
  1075   38   6.28   15812
  1100   39.5   6.12   16220
  1125   39.2   6.16   16275   63
  1150   38.3   6.57   16021
实施例6：
将化学原料Li2CO3，Nb2O5和TiO2按分子式Li0.9Nb0.3Ti0.9O3配制后，充分混合，球磨4个小时，磨细后烘干，过筛，压制成块状，置于氧化铝坩埚内，经以5℃/min的升温速率升至900℃，保温8小时，然后将烧块粉碎后二次球磨4个小时，取出烘干后造粒，再用70目和120目筛网双层过筛，即可获得所需瓷料。将瓷料根据需要压制成型(片状或者柱状)后，然后在1050℃～1150℃条件下烧结，即可得到低温烧结LTCC微波介质陶瓷材料。该材料不同烧结温度下的微波性能如表六所示。
表六：实施例6不同烧结温度下的微波性能
  烧结温度(℃)   ε   f(GHz)   Q×f   τ<sub>f</sub>
  1050   48   5.34   10500
  1075   52   5.24   11670
  1100   53.2   5.08   12085
  1125   53.5   4.98   12240   43
  1150   52.9   5.21   11700
实施例7：
将化学原料Li2CO3，Nb2O5和TiO2按分子式Li0.85Nb0.15Ti1.1O3配制后，充分混合，球磨4个小时，磨细后烘干过筛，压制成块状，置于氧化铝坩埚内，经以5℃/min的升温速率升至900℃，保温8小时，然后将烧块粉碎后二次球磨4个小时，取出烘干后造粒，再用70目和120目筛网双层过筛，即可获得所需瓷料。将瓷料根据需要压制成型(片状或者柱状)后，然后在1050℃～1150℃条件下烧结成瓷，即可得到低温烧结LTCC微波介质陶瓷材料。该材料不同烧结温度下的微波性能如表七所示。
表七：实施例7不同烧结温度下的微波性能
  烧结温度(℃)   ε   f(GHz)   Q×f   τ<sub>f</sub>
  1050   40   5.43   8550
  1075   43.5   5.25   10550
  1100   45.6   5.43   14860
  1125   46.3   5.12   17050   57
  1150   45.9   5.22   15740
实施例8：
将化学原料Li2CO3，Nb2O5和TiO2按分子式Li0.95Nb0.25Ti0.95O3配制后，充分混合，球磨4个小时，磨细后烘干，过筛，压制成块状，置于氧化铝坩埚内，经以5℃/min的升温速率升至900℃，保温8小时，然后将烧块粉碎后二次球磨4个小时，取出烘干后造粒，再用70目和120目筛网双层过筛，即可获得所需瓷料。将瓷料根据需要压制成型(片状或者柱状)后，然后在1050℃～1150℃条件下烧结，即可得到低温烧结LTCC微波介质陶瓷材料。该材料不同烧结温度下的微波性能如表八所示。
表八：实施例8不同烧结温度下的微波性能
  烧结温度(℃)   ε   f(GHz)   Q×f   τ<sub>f</sub>
  1050   48   4.95   13266
  1075   50.2   4.92   14963   48.7
  1100   48.7   4.99   14907
  1125   48.6   4.94   14750
  1150   44.8   5.11   13540
实施例9：
将化学原料Li2CO3，Nb2O5和TiO2按分子式Li0.9Nb0.1Ti1.15O3配制后，充分混合，球磨4个小时，磨细后烘干，过筛，压制成块状，置于氧化铝坩埚内，经以5℃/min的升温速率升至900℃，保温8小时，然后将烧块粉碎后二次球磨4个小时，取出烘干后造粒，再用70目和120目筛网双层过筛，即可获得所需瓷料。将瓷料根据需要压制成型(片状或者柱状)后，然后在1050℃～1150℃烧结成瓷，即可得到低温烧结LTCC微波介质陶瓷材料。该材料不同烧结温度下的微波性能如表九所示。
表九：实施例9不同烧结温度下的微波性能
  烧结温度(℃)   ε   f(GHz)   Q×f   τ<sub>f</sub>
  1050   30.5   6.22   14710
  1075   31.5   6.09   15410
  1100   32.3   6.12   17992
  1125   32.7   6.04   19840
  1150   33.6   6.04   22112   59
实施例10：
将化学原料Li2CO3，Nb2O5和TiO2按摩尔比Li2CO3∶Nb2O5∶TiO2＝5.7∶1∶7.3配制后，充分混合，球磨4个小时，磨细后烘干，过筛，压制成块状，置于氧化铝坩埚内，经以5℃/min的升温速率升至900℃，保温8小时，将烧块样品粉碎，并进行4～5小时的二次球磨烘干后加入0～2wt.％的B203，按料∶酒精比为1∶2加入酒精，放入尼龙罐中球磨4～8小时，取出在120℃～140℃条件下烘干，造粒后压制成小圆片，500℃～600℃条件下排胶，然后在850℃～950℃条件下烧结，即可得到低温烧结LTCC微波介质陶瓷材料。该材料不同烧结温度下的微波性能如表十所示。
表十：实施例10不同烧结温度下的微波性能
Figure G2008100173306D00131
实施例11：
将化学原料Li2CO3、Nb2O5和TiO2按摩尔比Li2CO3∶Nb2O5∶TiO2＝5.7∶1∶7.3配制后，充分混合，球磨4个小时，磨细后烘干，过筛，压制成块状，置于氧化铝坩埚内，经以5℃/min的升温速率升至900℃，保温8小时，将烧块样品粉碎，并进行4～5小时的二次球磨烘干后加入0～2wt.％的B2O3-ZnO(其中B2O3∶ZnO＝1∶1)，按料∶酒精比为1∶2加入酒精，放入尼龙罐中球磨4～8小时，取出在120～140℃条件下烘干，造粒后压制成小圆片，500℃～600℃条件下排胶，然后在850℃～950℃条件下烧结，即可得到低温烧结LTCC微波介质陶瓷材料。该材料不同烧结温度下的微波性能如表十一所示。
表十一：实施例11不同烧结混度下的微波性能
Figure G2008100173306D00132
Figure G2008100173306D00141
实施例12：
将化学原料Li2CO3，Nb2O5和TiO2按摩尔比Li2CO3∶Nb2O5∶TiO2＝5.7∶1∶7.3配制后，充分混合，球磨4个小时，磨细后烘干，过筛，压制成块状，置于氧化铝坩埚内，经以5℃/min的升温速率升至900℃，保温8小时，将烧块样品粉碎，并进行4～5小时的二次球磨烘干后加入0～2wt.％的B2O3-CuO(其中B2O3∶CuO＝1∶1)，按料∶酒精比为1∶2加入酒精，放入尼龙罐中球磨4～8小时，取出120～140℃烘干，造粒后压制成小圆片，500～600℃排胶，然后在850℃～950℃条件下烧结，即可得到低温烧结LTCC微波介质陶瓷材料。该材料不同烧结温度下的微波性能如表十二所示。
表十二实施例12不同烧结温度下的微波性能
Figure G2008100173306D00142
实施例13：
将化学原料Li2CO3，Nb2O5和TiO2按摩尔比Li2CO3∶Nb2O5∶TiO2＝5.7∶1∶7.3配制后，充分混合，球磨4个小时，磨细后烘干，过筛，压制成块状，置于氧化铝坩埚内，经以5℃/min的升温速率升至900℃，保温8小时，将烧块样品粉碎，并进行4～5小时的二次球磨，烘干后加入0～2wt.％的Li2O-V2O5(其中Li2O∶V2O5＝83∶17)，按料∶酒精比为1∶2加入酒精，放入尼龙罐中球磨4小时～8小时，取出120℃～140℃烘干，造粒后压制成小圆片，在500℃～600℃条件下排胶，然后在850℃～950℃条件下烧结，即可得到低温烧结LTCC微波介质陶瓷材料。该材料不同烧结温度下的微波性能如表十三所示。
表十三实施例13不同烧结温度下的微波性能
Figure G2008100173306D00151
实施例14：
将化学原料Li2CO3，Nb2O5和TiO2按分子式Li0.9Nb0.3Ti0.9O3配制后，充分混合，球磨4个小时，磨细后烘干，过筛，压制成块状，置于氧化铝坩埚内，经以5℃/min的升温速率升至850℃，保温8小时，将烧块样品粉碎，并进行4～5小时的二次球磨，烘干后加入0～2wt.％的B2O3，按料∶酒精比为1∶2加入酒精，放入尼龙罐中球磨4～8小时，取出120～140℃烘干，造粒后压制成小圆片，在500～600℃条件下排胶，然后在900℃条件下烧结，即可得到低温烧结LTCC微波介质陶瓷材料。该材料不同烧结温度下的微波性能如表十四所示。XRD检测在整个掺杂范围内，样品均保持与未掺杂的样品相同的相结构。
表十四：实施例14不同烧结温度下的微波性能
Figure G2008100173306D00161
实施例15：
将化学原料Li2CO3，Nb2O5和TiO2按分子式Li0.9Nb0.3Ti0.9O3配制后，充分混合，球磨4个小时，磨细后烘干，过筛，压制成块状，置于氧化铝坩埚内，经以5℃/min的升温速率升至950℃，保温8小时，将烧块样品粉碎，并进行4～5小时的二次球磨，烘干后加入0～2wt.％的Li2O-V2O5(Li2O∶V2O5＝83∶17)，按料∶酒精比为1∶2加入酒精，放入尼龙罐中球磨4～8小时，取出120～140℃烘干，造粒后压制成小圆片，在500～600℃条件下排胶，然后在950℃条件下烧结，即可得到低温烧结LTCC微波介质陶瓷材料。该材料不同烧结温度下的微波性能如表十五所示。XRD检测在整个掺杂范围内，样品均保持与未掺杂的样品相同的相结构。
表十五：实施例15不同烧结温度下的微波性能
Figure G2008100173306D00162
实施例16：
将化学原料Li2CO3，Nb2O5和TiO2按分子式Li0.85Nb0.15Ti1.1O3配制后，充分混合，球磨4个小时，磨细后烘干，过筛，压制成块状，置于氧化铝坩埚内，经以5℃/min的升温速率升至900℃，保温8小时，将烧块样品粉碎，并进行4～5小时的二次球磨，烘干后加入0～2wt.％的B2O3，按料∶酒精比为1∶2加入酒精，放入尼龙罐中球磨4～8小时，取出在120℃～140℃条件下烘干，造粒后压制成小圆片，在500～600℃条件下排胶，然后在900℃条件下烧结，即可得到低温烧结LTCC微波介质陶瓷材料。该材料不同烧结温度下的微波性能如表十六所示。XRD检测在整个掺杂范围内，样品均保持与未掺杂的样品相同的相结构。
表十六：实施例16不同烧结温度下的微波性能
Figure G2008100173306D00171
实施例17：
将化学原料Li2CO3，Nb2O5和TiO2按分子式Li0.85Nb0.15Ti1.1O3配制后，充分混合，球磨4个小时，磨细后烘干，过筛，压制成块状，置于氧化铝坩埚内，经以5℃/min的升温速率升至900℃，保温8小时，将烧块样品粉碎，并进行4～5小时的二次球磨，烘干后加入0～2wt.％的Li2O-V2O5(其中Li2O∶V2O5＝83∶17)，按料∶酒精比为1∶2加入酒精，放入尼龙罐中球磨4～8小时，取出120～140℃烘干，造粒后压制成小圆片，在500～600℃条件下排胶，然后在850℃～950℃条件下烧结，即可得到低温烧结LTCC微波介质陶瓷材料。该材料不同烧结温度下的微波性能如表十七所示。XRD检测在整个掺杂范围内，样品均保持与未掺杂的样品相同的相结构。
表十七：实施例17不同烧结温度下的微波性能
实施例18：
将化学原料Li2CO3，Nb2O5和TiO2按分子式Li0.85Nb0.15Ti1.1O3配制后，充分混合，球磨4个小时，磨细后烘干，过筛，压制成块状，置于氧化铝坩埚内，经以5℃/min的升温速率升至900℃，保温8小时，将烧块样品粉碎，并进行4～5小时的二次球磨，烘干后加入0～2wt.％的B2O3-CuO(其中B2O3∶CuO＝1∶1)，按料∶酒精比为1∶2加入酒精，放入尼龙罐中球磨4～8小时，取出在120～140℃条件下烘干，造粒后压制成小圆片，在500～600℃条件下排胶，然后在850℃～950℃条件下烧结，即可得到低温烧结LTCC微波介质陶瓷材料。该材料不同烧结温度下的微波性能如表十八所示。XRD检测在整个掺杂范围内，样品均保持与未掺杂的样品相同的相结构。
表十八：实施例18不同烧结温度下的微波性能
Figure G2008100173306D00182
实施例19：
将化学原料Li2CO3，Nb2O5和TiO2按摩尔比Li2CO3∶Nb2O5∶TiO2＝5.7∶1∶7.3配制后，充分混合，球磨4个小时，磨细后烘干，过筛，压制成块状，置于氧化铝坩埚内，经以5℃/min的升温速率升至900℃，保温8小时，将烧块样品粉碎，并进行4～5小时的二次球磨，烘干后加入1wt.％的B2O3和20wt.％的Ag粉，按料∶酒精比为1∶2加入酒精，放入尼龙罐中球磨4～8小时，取出120～140℃烘干，造粒后压制成小圆片，500～600℃排胶，然后在875℃～925℃条件下与银(Ag)共烧，即可得到低温共烧结的LTCC微波介质陶瓷材料。该材料XRD，背散射照片及能谱图如图2，图3和图4。可以看出，该微波介质材料完全不与Ag粉反应，能实现与Ag共烧，是一种可以采用纯银作为内电极的LTCC微波介质材料。
实施例20：
将化学原料Li2CO3，Nb2O5和TiO2按摩尔比Li0.85Nb0.15Ti1.1O3配制后，充分混合，球磨4个小时，磨细后烘干，过筛，压制成块状，置于氧化铝坩埚内，经以5℃/min的升温速率升至900℃，保温8小时，将烧块样品粉碎，并进行4～5小时的二次球磨，烘干后加入1wt.％的B2O3和20wt.％的Ag粉，按料∶酒精比为1∶2加入酒精，放入尼龙罐中球磨4～8小时，取出120～140℃烘干，造粒后压制成小圆片，在500℃～600℃条件下排胶，然后在875℃～925℃条件下与银共烧结，即可得到低温共烧结的LTCC微波介质陶瓷材料。该材料XRD，背散射照片及能谱图如图5，图6和图7。可以看出，该微波介质材料完全不与Ag粉反应，能实现与Ag共烧，是一种可以采用纯银作为内电极的LTCC微波介质材料。
需要指出的是，上述实施例还可以穷尽列举，限于篇幅，这里不再一一列举，根据申请人大量的实验结果证明，在本发明技术方案所给出的范围内，均可以达到本发明的目的。

Claims (3)

1.一种低温烧结LTCC微波介质陶瓷材料，其特征在于，制得该材料由原材料Li2CO3、Nb2O5和TiO2按摩尔比：Li2CO3∶Nb2O5∶TiO2＝x∶1∶y配制，其中，5.5＜x≤6，7＜y≤7.5；所构成的分子结构表达式为：Li1+m-nNb1-m-3nTim+4nO3，其中，0.1≤m≤0.15，0.2≤n≤0.25。
2.权利要求1所述的低温烧结LTCC微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：
1)将原材料Li2CO3、Nb2O5、TiO2按摩尔比Li2CO3∶Nb2O5∶TiO2＝x∶1∶y配制，其中，5.5＜x≤6，7＜y≤7.5；所构成的分子结构表达式为：Li1+m-nNb1-m-3nTim+4nO3，其中，0.1≤m≤0.15，0.2≤n≤0.25；
2)将配制后化学原料混合，加入酒精，采用湿磨法混合4小时，取出在120℃～140℃条件下烘干，过筛，压制成块状，置于氧化铝坩埚内，经以5℃/min的升温速率升至800℃～900℃，保温4小时～8小时，得到烧块；
3)将烧块粉碎，进行4小时～5小时的二次球磨烘干，造粒，得到瓷料，该瓷料在1050℃～1150℃下烧结2小时～4小时，即可得低温烧结LTCC微波介质陶瓷材料；或者
在二次球磨烘干后的粉料中加入重量比为0～2％的低熔点氧化物，加入酒精，放入尼龙罐中球磨4～8小时，取出在120℃～140℃温度下烘干，经造粒后压制成小圆片，在500℃～600℃条件下排胶，随炉冷却，然后在850℃～950℃下烧结2小时～4小时，即可得到低温烧结LTCC微波介质陶瓷材料。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的低熔点氧化物为B2O3，B2O3-ZnO、B2O3-CuO或Li2O-V2O5。
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