CN101798220A - 钨酸盐低温烧结微波介质陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents

钨酸盐低温烧结微波介质陶瓷材料及其制备方法 Download PDF

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周焕福
陈秀丽
方亮
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Abstract

本发明公开了一种钨酸盐低温烧结微波介质陶瓷材料及其制备方法。该材料的分子结构表达式为：[Zn1-x(Li0.5Sm0.5)x]WO4，其中，0.05≤x≤0.8。将将配制后化学原料混合，加入酒精，采用湿磨法混合4小时，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700℃～800℃，保温4小时～8小时，得到烧块；将烧块粉碎，进行二次球磨烘干，造粒，得到瓷料，该瓷料在800℃～850℃下烧结2小时～4小时。本发明化学组成和制备工艺简单，固有烧结温度低(800～850℃)；制得的陶瓷材料的介电常数为14-17，Q×f高且频率温度系数小。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

钨酸盐低温烧结微波介质陶瓷材料及其制备方法
技术领域
本发明属于微波通讯及其制造领域，特别涉及一种钨酸盐低温烧结微波介质陶瓷材料及其制备方法。
背景技术
随着通信事业的迅速发展，各类移动通讯设备对小型化、高性能化的微波器件的需求量日益增加，微波介质陶瓷的研究与实用化也取得了长足的进步。为了满足移动通讯终端设备的小型化要求，利用低温共烧陶瓷(简称LTCC)技术和多层结构复合技术开发片式多层微波器件成为目前的研究热点。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。
在微波器件研究中，能与这种LTCC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以下3种：第一种方法就是通过添加少量氧化物或低熔点玻璃烧结助剂，烧结助剂在烧结过程中形成液相，有效促进陶瓷的致密化，从而降低烧结温度，这一方法已被广泛应用。第二种方法就是所谓的玻璃相陶瓷。但是这两种方法均会引入低熔点相，从而增加陶瓷的损耗，降低材料的任性。第三种方法就是寻找本身烧结温度低的材料体系，这些体系无需添加烧结助剂就能在低温下烧结成瓷，这种方法也越来越受到人们的广泛关注。
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相组成简单、超低温烧结的微波介质陶瓷材料及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明采取以下的技术解决方案：
一种钨酸盐低温烧结的微波介质陶瓷材料，其分子结构表达式为：[Zn1-x(Li0.5Sm0.5)x]WO4，其中，0.05≤x≤0.8。
上述低温烧结微波介质陶瓷材料的制备方法，具体步骤为：
1)将分析纯Li2CO3、Sm2O3、ZnO和WO3按[Zn1-x(Li0.5Sm0.5)x]WO4分子式配制，其中，0.05≤x≤0.8。
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700℃～800℃，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800℃～850℃下烧结2小时～4小时，即可得低温烧结微波介质陶瓷材料。
本发明化学组成和制备工艺简单，固有烧结温度低(800～850℃)；制得的陶瓷材料的介电常数为14-17，Q×f高且频率温度系数小。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。
具体实施方式
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：
将分析纯化学原料ZnO、Li2CO3、Sm2O3和WO3按Zn0.95(Li0.5Sm0.5)0.05WO4分子式配制后，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800℃，保温4小时，然后将烧块粉碎后二次球磨，取出烘干后造粒，再用60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850℃～900℃下烧结2小时，即可得到低温烧结微波介质陶瓷材料。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   Q×f(GHz)   τf(ppm/℃)
  850   10   5600   -50
  875   12   7020   -53
  900   13.8   13600   -54
实施例2：
将分析纯化学原料ZnO、Li2CO3、Sm2O3和WO3按Zn0.925(Li0.5Sm0.5)0.075WO4分子式配制后，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800℃，保温4小时，然后将烧块粉碎后二次球磨，取出烘干后造粒，再用60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850℃～900℃下烧结2小时，即可得到低温烧结微波介质陶瓷材料。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   Q×f(GHz)   τf(ppm/℃)
  850   13   11300   -52
  875   15.1   13900   -56
  900   16.3   22400   -54
实施例3：
将分析纯化学原料ZnO、Li2CO3、Sm2O3和WO3按Zn0.9(Li0.5Sm0.5)0.1WO4分子式配制后，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800℃，保温4小时，然后将烧块粉碎后二次球磨，取出烘干后造粒，再用60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850℃～900℃下烧结2小时，即可得到低温烧结微波介质陶瓷材料。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   Q×f(GHz)   τf(ppm/℃)
  850   15.9   13900   -50
  875   17   20600   -55
  900   17.1   23000   -51
实施例4：
将分析纯化学原料ZnO、Li2CO3、Sm2O3和WO3按Zn0.8(Li0.5Sm0.5)0.2WO4分子式配制后，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750℃，保温4小时，然后将烧块粉碎后二次球磨，取出烘干后造粒，再用60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850℃～900℃下烧结2小时，即可得到低温烧结微波介质陶瓷材料。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   Q×f(GHz)   τf(ppm/℃)
  850   17.3   14800   -30
  875   17.2   16900   -34
  烧结温度(℃.)   ε   Q×f(GHz)   τf(ppm/℃)
  900   17.1   18000   -32
实施例5：
将分析纯化学原料ZnO、Li2CO3、Sm2O3和WO3按Zn0.6(Li0.5Sm0.5)0.4WO4分子式配制后，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750℃，保温4小时，然后将烧块粉碎后二次球磨，取出烘干后造粒，再用60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850℃～900℃下烧结2小时，即可得到低温烧结微波介质陶瓷材料。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   Q×f(GHz)   τf(ppm/℃)
  850   16.8   11000   4
  875   16.7   11800   5.76
  900   16.5   11900   5
实施例6：
将分析纯化学原料ZnO、Li2CO3、Sm2O3和WO3按Zn0.4(Li0.5Sm0.5)0.6WO4分子式配制后，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750℃，保温4小时，然后将烧块粉碎后二次球磨，取出烘干后造粒，再用60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850℃～900℃下烧结2小时，即可得到低温烧结微波介质陶瓷材料。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   Q×f  (GHz)   τf(ppm/℃)
  850   16.9   8600   42
  875   16.7   8400   45
  900   16.4   7800   43
实施例7：
将分析纯化学原料ZnO、Li2CO3、Sm2O3和WO3按Zn0.2(Li0.5Sm0.5)0.8WO4分子式配制后，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700℃，保温4小时，然后将烧块粉碎后二次球磨，取出烘干后造粒，再用60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850℃～900℃下烧结2小时，即可得到低温烧结微波介质陶瓷材料。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 Q×f(GHz) τf(ppm/℃)
  850   16.8   6700   72
  875   16.6   6200   74
  900   16.2   5600   70
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 (2)

1.一种微波介质陶瓷材料，其特征在于其分子结构表达式为：[Zn1-x(Li0.5Sm0.5)x]WO4，其中，0.05≤x≤0.8。
2.根据权利要求1所述的微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：
1)将分析纯Li2CO3、Sm2O3、ZnO和WO3按[Zn1-x(Li0.5Sm0.5)x]WO4分子式配制，其中，0.05≤x≤0.8；
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700℃～800℃，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800℃～850℃下烧结2小时～4小时，即可得微波介质陶瓷材料。
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