CN102683791B - 一种基于ltcc的超材料谐振子及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于LTCC的超材料谐振子及其制备方法，其制备方法为：将纳米陶瓷粉制成陶瓷浆料，并流延制成生瓷带；通过丝网印刷技术在所述生瓷带上制备金属微结构形成生瓷片；将生瓷片叠合、排胶后放入模具中形成预烧整体；将预烧整体热压、冷却制得超材料谐振子。由于纳米粉具有良好的烧结特性，所以采用纳米陶瓷粉制备超材料谐振子时可以降低其烧结温度，因此可以向纳米陶瓷粉不加或加入很少量的助烧剂就实现低温共烧，又降低了超材料谐振子的损耗；采用热压技术，一方面防止了烧结过程中出现的分层和翘曲现象，另一方面在压力条件下，烧结温度比传统的无压烧结的温度要低，又进一步降低了烧结温度。

Description

一种基于LTCC的超材料谐振子及其制备方法
【技术领域】
本发明涉及滤波器领域，尤其涉及一种基于LTCC的超材料谐振子及其制备方法。
【背景技术】
超材料是近十年来发展起来的对电磁波起调制作用的材料。超材料一般是由一定数量的金属微结构附在具有一定力学、电磁学的基板上，这些具有特定图案和材质的微结构会对经过其身的特定频段的电磁波产生调制作用。
超材料谐振子是指含金属微结构的微波陶瓷谐振子，用于制作小体积高性能的滤波器。超材料谐振子一般用低温共烧工艺，即在无压力条件下烧结。但LTCC工艺较难掌握，存在不少技术难题。例如无压空气中烧结导致分层和翘曲现象；为了保护较低的烧结温度(<Ag-Pd合金的熔点)，必须加入一些低熔点的助烧剂，而助烧剂又导致了高损耗。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是：提供一种采用纳米陶瓷粉和热压工艺制备的超材料谐振子，既降低了烧结过程中的烧结温度，又防止了烧结过程中出现的分层和翘曲现象，还同时提高了超材料谐振子的品质因数。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种基于LTCC的超材料谐振子的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：
将纳米陶瓷粉制成陶瓷浆料，并流延制成厚度为20μm～200μm的生瓷带；
通过325目以上的丝网在所述生瓷带上印刷多个金属微结构形成生瓷片；
将生瓷片放入普通模具中叠合形成整体后排胶，即在低温(<500℃)和无压力的条件下，在炉子中将有机物挥发掉，然后放入耐高温的模具中形成预烧整体；
将预烧整体热压、冷却制得超材料谐振子，其中，所述热压的压力不大于30MPa、温度不大于920℃。
向所述纳米陶瓷粉中加入0.5wt％～3wt％助烧剂。
所述耐高温的模具为石墨模具或碳化物模具。
所述纳米陶瓷粉为ZnNb2O6，BaTi4O9，Ba3Ti5Nb6O28或BiNbO4。
加工所述金属微结构所用的金属为金、银、铜、铝或银钯合金。
一种基于LTCC的超材料谐振子，由上述任一项制备的基于LTCC的超材料谐振子。
本发明的有益效果为：由于纳米粉具有良好的烧结特性，所以采用纳米陶瓷粉制备超材料谐振子时可以降低其烧结温度，因此可以向纳米陶瓷粉不加或加入很少量的助烧剂就实现低温共烧，又降低了超材料谐振子的损耗；将生瓷带叠合、排胶后放入耐高温的模具中后再进行热压，这种采用热压技术，一方面防止了烧结过程中出现的分层和翘曲现象，另一方面在压力条件下，烧结温度比传统的无压烧结的温度要低，又进一步降低了烧结温度。
【附图说明】
图1为本发明制备方法的流程图。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例及附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种基于LTCC的超材料谐振子的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：如图1所示
a、将纳米陶瓷粉制成陶瓷浆料，并流延制成厚度为20μm～200μm的生瓷带；
其中纳米陶瓷粉可以采用溶胶-凝胶法制备，也可以采用其它方法制备；
b、采用325目以上的丝网印刷多个金属微结构形成生瓷片；
c、将生瓷片放入普通模具中叠合形成整体后排胶，即在低温(<500℃)和无压力的条件下，在炉子中将有机物挥发掉，然后放入耐高温的模具中形成预烧整体；
d、将预烧整体放入烧结炉中热压后冷却制得超材料谐振子，其中热压的压力不大于30MPa、温度不大于920℃。
其中，纳米陶瓷粉优选ZnNb2O6、BaTi4O9、Ba3Ti5Nb6O28或BiNbO4，在这不穷举了，也可以是其它纳米陶瓷粉；金属微结构是由金属丝构成的具有一定几何形状的平面或者立体结构，如工字形、雪花形等，可以采用丝网印刷技术制备出金属微结构，也可以采用其他蚀刻、光刻、离子刻等技术，加工金属微结构所采用的金属为金、银、铜、铝或银钯合金。
由于纳米粉具有良好的烧结特性，所以采用纳米陶瓷粉制备超材料谐振子时可以降低其烧结温度，因此可以向纳米陶瓷粉中不加或加入很少量(0.5wt％～3wt％)的助烧剂就实现了低温共烧，同时又降低了制备的超材料谐振子的损耗；将生瓷带叠合、排胶后放入耐高温的模具(如石墨模具或碳化物模具)中后再放入烧结炉中进行热压，这种采用热压技术，一方面防止了烧结过程中出现的分层和翘曲现象，另一方面在压力条件下，烧结温度比传统的无压烧结的温度要低，又进一步降低了烧结温度，还因为受模具限制使得XY平面(垂直于压力方向的平面)的烧结收缩率降到很低，同时，由于热压的应用，陶瓷浆料质量要求可以不很严格，即陶瓷浆料中的有机胶量可以用得较少。
实施例一
采用溶胶-凝胶法制成ZnNb2O6纳米陶瓷粉，并将纳米陶瓷粉制成陶瓷浆料；
将陶瓷浆料流延制成厚度为20μm的生瓷带，采用350目的丝网印刷多个特定形状如工字形的金属微结构形成生瓷片，所采用的金属为银浆或钯含量较低的银钯浆料；
将生瓷片放入普通模具中叠合形成整体后排胶，即在低温(<500℃)和无压力的条件下，在炉子中将有机物挥发掉，然后放入耐高温的模具中形成预烧整体；
将预烧整体放入烧结炉中热压0.5～2小时后冷却制得超材料谐振子，其中热压的压力28MPa、温度900℃。
实施例二
采用溶胶-凝胶法制成BaTi4O9纳米陶瓷粉，并将纳米陶瓷粉制成陶瓷浆料；
将陶瓷浆料流延制成厚度为100μm的生瓷带，采用400目的丝网印刷多个特定形状如工字形的金属微结构形成生瓷片，所采用的金属为银浆或钯含量较低的银钯浆料；
将生瓷片放入普通模具中叠合形成整体后排胶，即在低温(<500℃)和无压力的条件下，在炉子中将有机物挥发掉，然后放入耐高温的模具中形成预烧整体；
将预烧整体放入烧结炉中热压0.5～2小时后冷却制得超材料谐振子，其中热压的压力28MPa、温度920℃。
实施例三
采用溶胶-凝胶法制成Ba3Ti5Nb6O28纳米陶瓷粉，并将纳米陶瓷粉制成陶瓷浆料；
将陶瓷浆料流延制成厚度为150μm的生瓷带，采用370目的丝网印刷多个特定形状如工字形的金属微结构形成生瓷片，所采用的金属为银浆或钯含量较低的银钯浆料；
将生瓷片放入普通模具中叠合形成整体后排胶，即在低温(<500℃)和无压力的条件下，在炉子中将有机物挥发掉，然后放入耐高温的模具中形成预烧整体；
将预烧整体放入烧结炉中热压0.5～2小时后冷却制得超材料谐振子，其中热压的压力27MPa、温度920℃。
实施例四
采用溶胶-凝胶法制成BiNbO4纳米陶瓷粉，并将纳米陶瓷粉制成陶瓷浆料；
将陶瓷浆料流延制成厚度为200μm的生瓷带，采用325目的丝网印刷多个特定形状如工字形的金属微结构形成生瓷片，所采用的金属为银浆或钯含量较低的银钯浆料；
将生瓷片放入普通模具中叠合形成整体后排胶，即在低温(<500℃)和无压力的条件下，在炉子中将有机物挥发掉，然后放入耐高温的模具中形成预烧整体；
将预烧整体放入烧结炉中热压0.5～2小时后冷却制得超材料谐振子，其中热压的压力30MPa、温度920℃。
实施例五
实施例五相对于上述四个实施例的不同点在于：有时选用的纳米陶瓷粉的烧结温度不太理想，还达不到低温共烧的要求，可以在纳米陶瓷粉中加入0.5wt％～3wt％的助烧剂，如BaO-CuO-B2O3体系的，虽然还是引入了助烧剂，但相对于普通的陶瓷粉而言加入的助烧剂就少很多了，其损耗也相对于加入过多助烧剂的谐振子的损耗要低很多，该发明制备的超材料谐振子性能更好。其他步骤与内容与上述所有实施例相同，在此不再赘述。
在上述实施例中，仅对本发明进行了示范性描述，但是本领域技术人员在阅读本专利申请后可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行各种修改。

Claims (6)

1.一种基于LTCC的超材料谐振子的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括以下步骤：
将纳米陶瓷粉制成陶瓷浆料，并流延制成厚度为20μm～200μm的生瓷带；
通过325目以上的丝网在所述生瓷带上印刷多个金属微结构形成生瓷片；
将生瓷片放入普通模具中叠合形成整体后排胶，即在低温(<500℃)和无压力的条件下，在炉子中将有机物挥发掉，然后放入耐高温的模具中形成预烧整体；
将预烧整体热压、冷却制得超材料谐振子，其中，所述热压的压力不大于30MPa、温度不大于920℃。
2.根据权利要求1所述的基于LTCC的超材料谐振子的制备方法，其特征在于，向所述纳米陶瓷粉中加入0.5wt％～3wt％助烧剂。
3.根据权利要求1所述的基于LTCC的超材料谐振子的制备方法，其特征在于，所述耐高温的模具为石墨模具或碳化物模具。
4.根据权利要求1所述的基于LTCC的超材料谐振子的制备方法，其特征在于，所述纳米陶瓷粉为ZnNb2O6，BaTi4O9，Ba3Ti5Nb6O28或BiNbO4。
5.根据权利要求1所述的基于LTCC的超材料谐振子的制备方法，其特征在于：加工所述金属微结构所用的金属为金、银、铜、铝或银钯合金。
6.一种基于LTCC的超材料谐振子，其特征在于：包括权利要求1～5任一项制备的基于LTCC的超材料谐振子。
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