CN102875148B - 可低温烧结的微波介电陶瓷LiCa3(Mg1-xZnx) V3O12及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可低温烧结的微波介电陶瓷LiCa₃(Mg_1-xZn_x)V₃O₁₂及制备方法。介电陶瓷的化学组成通式为：LiCa₃Mg_1-xZn_xV₃O₁₂，其中，0≤x≤1；将纯度为99.9%以上的Li₂CO₃、CaCO₃、MgO、ZnO和V₂O₅的原始粉末按LiCa₃Mg_1-xZn_xV₃O₁₂组成配料，其中，0≤x≤1；湿式球磨混合12小时，溶剂为蒸馏水，烘干后在750℃大气气氛中预烧6小时，然后在预烧粉末中添加粘结剂并造粒后，再压制成型，最后在850～925℃大气气氛中烧结4小时；所述的粘结剂采用质量浓度为5%的聚乙烯醇溶液，剂量占粉末总量的3%。本发明制备的微波介电陶瓷具有低损耗与良好的热稳定性，同时具有高频介电常数达到12～25，Qf值高达60000～120000GHz。

Description

可低温烧结的微波介电陶瓷LiCa3(Mg1-xZnx) V3O12及制备方法

技术领域

本发明涉及介电陶瓷材料，特别是涉及在微波频率使用的介质基片、谐振器、滤波器等微波元器件，以及陶瓷电容器或温度补偿电容器的介电陶瓷材料及其制备方法。

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、汽车电话、无绳电话、电视卫星接受器、军事雷达等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。

随着微波技术向着更高频率的方向发展，低相对介电常数（e _r≤15），同时具有高品质因数Q值以及近零谐振频率温度系数的低介电微波介质陶瓷越来越受到人们的重视。近年来兴起的低温共烧陶瓷技术（Low Temperature Co-fired Ceramics,LTCC）是一种令人瞩目的多学科交叉整合组件技术，它采用厚膜材料，根据预先设计的结构，将电极材料、基板、电子器件等一次烧成，是一种用于实现高集成、高性能的电子封装技术。而发展低介电常数微波介质陶瓷在LTCC中作为基板材料以满足高频高速的要求则是低温共烧陶瓷技术中的一个重要趋势。

目前研究的低相对介电常数微波介质陶瓷材料主要有Al₂O₃系、Mg₄Nb₂O₉系、Mg₅(Nb,Ta)₄O₁₅系和R₂BaCuO₅系。以上这些材料体系的烧结温度一般高于1200°C，不能直接与Ag、Cu 等低熔点金属共烧形成多层陶瓷电容器。

国内外的研究人员对一些低烧体系材料进行了广泛的探索和研究，主要是采用微晶玻璃或玻璃-陶瓷复合材料体系，因低熔点玻璃相具有相对较高的介质损耗，玻璃相的存在大大提高了材料的介质损耗。因此研制无玻璃相的低烧微波介质陶瓷材料是当前研究的重点。但是，对于用于低烧微波介质陶瓷的体系仍然比较有限，这在很大程度上限制了低温共烧技术及微波多层器件的发展。文献[Neurgaokar RR, Hummel FA, Substitutions in Vanadate Garnets, Mater. Res. Bull., 1975，10 [1]： 51-55]、[Bayer G. The reaction of metal carbonyls and amines. I. Iron carbonyl with piperidine and n-butylamine. The initial stages of the reaction [J]. J. Am. Ceram. Soc., 1965, 48(12):600-605]、[严小松，李万万，刘霁，孙康，一种适用于近紫外光LED激发的单一相白光发光粉，发光学报.，2010,31（1）：39-43]分别报道了化合物LiCa₃MgV₃O₁₂、LiCa₃ZnV₃O₁₂的晶体结构为石榴石结构及作为近紫外光激发的发光材料的应用，但是没有涉及有关微波介电性能。为了获得烧结温度低的低介电常数高Qf值的微波介质材料，我们对石榴石结构系列复合氧化物LiCa₃Mg_1-xZn_xV₃O₁₂进行了烧结特性与微波介电性能研究，结果发现该类复合氧化物陶瓷具有优异的综合微波介电性能同时烧结温度低于960°C，可广泛用于各种介质基板、谐振起器、滤波器等微波器件的制造，可满足低温共烧技术及微波多层器件的技术需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种可低温烧结的低介电常数微波介电陶瓷LiCa₃Mg_1-xZn_xV₃O₁₂及制备方法。

本发明提供的微波介电陶瓷，其化学组成通式为：LiCa₃Mg_1-xZn_xV₃O₁₂，其中，0≤x≤1。

上述微波介电陶瓷的制备方法具体步骤为：

将纯度为99.9%以上的Li₂CO₃、CaCO₃、MgO、ZnO和V₂O₅的原始粉末按LiCa₃Mg_1-xZn_xV₃O₁₂组成配料，其中，0≤x≤1；湿式球磨混合12小时，溶剂为蒸馏水，烘干后在750℃大气气氛中预烧6小时，然后在预烧粉末中添加粘结剂并造粒后，再压制成型，最后在850～925℃大气气氛中烧结4小时；所述的粘结剂采用质量浓度为5%的聚乙烯醇溶液，剂量占粉末总量的3%。

本发明制备的微波介电陶瓷具有低损耗与良好的热稳定性，同时具有高频介电常数达到12～25，Qf值高达60000～120000GHz。

具体实施方式

实施例：

表1示出了构成本发明的各成分含量的几个具体实例及其微波介电性能。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。

本陶瓷可广泛用于各种介质谐振起器、滤波器等微波器件的制造，可满足移动通信、卫星通信等系统的技术需要。

与Mg、Zn相似结构与化学性质的元素如Co, Ni等，也可以做出与本发明类似晶体结构与性能的介电陶瓷。

[表1]

Claims (1)

1.一种复合氧化物作为可低温烧结的微波介电陶瓷的应用，其特征在于所述复合氧化物的化学组成通式为：LiCa₃Mg_1-xZn_xV₃O₁₂，其中，0≤x≤1；

所述的复合氧化物陶瓷的制备方法具体步骤为：

将纯度为99.9%以上的Li₂CO₃、CaCO₃、MgO、ZnO和V₂O₅的原始粉末按LiCa₃Mg_1-xZn_xV₃O₁₂组成配料，其中，0≤x≤1；湿式球磨混合12小时，溶剂为蒸馏水，烘干后在750℃大气气氛中预烧6小时，然后在预烧粉末中添加粘结剂并造粒后，再压制成型，最后在850～925℃大气气氛中烧结4小时；所述的粘结剂采用质量浓度为5%的聚乙烯醇溶液，剂量占粉末总量的3%。