CN104140261A - 低温烧结锂镁钛系微波介质陶瓷 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低温烧结Li2MgTi3O8系微波介质陶瓷，其组成为Li2MgTi3O8-m wt％MBS；其中，MBS为外加添加剂，即MgO-B2O3-SiO2玻璃低熔点烧结助剂，其原料组分及其质量百分比含量为42％MgO-45％B2O3-13％SiO2；m为外加添加剂占原料的质量百分比含量，0.5≤m≤8。本发明先于900℃预烧并保温4小时，合成主晶相，再外加MBS，经造粒，压制成型后，于800～950℃烧结，保温2～6小时，制得低温烧结Li2MgTi3O8系微波介质陶瓷。本发明克服了现有技术的烧结温度较高、不能满足LTCC技术对温度要求的缺点，同时保持了良好的微波介电性能。
Description
技术领域
本发明属于电子信息材料与元器件领域，尤其涉及一种新型低温烧结微波介质陶瓷锂镁钛(Li2MgTi3O8)系及其制备方法。
背景技术
目前，移动通信设备向着小型高集成、轻量高可靠、低成本的方向发展。这要求微波电路必须采用性能更加优异的陶瓷材料和更加先进的生产制备工艺，这也是对作为微波电路基础的微波介质陶瓷的介电性能提出了更高的要求。低温共烧陶瓷(Low TemperatureCo-fired ceramics,LTCC)技术可以进行多层结构综合设计，能够有效利用三维空间设计电路，有助于实现各类微波元件的微型集成模块化，这项技术是现代电子工业制备微波电路元器件的重要技术。LTCC技术应用领域，Ag与Cu是常用的电极材料，这两种金属的电导率高，但熔点较低(分别为961℃和1064℃)，这就对LTCC技术的应用提出了一个技术难题：为了实现共烧工艺，生产中使用的微波介质陶瓷材料的烧结温度必须低于电极熔点温度。目前，大多数微波介质陶瓷材料的固有烧结温度都在1200℃以上，不能满足LTCC技术对温度的要求。因此，降低材料烧结温度从而开发能与Ag或Cu共烧的微波介质陶瓷材料，或开发固有烧结温度低、介电性能优异的微波介质陶瓷材料，以上两种研究方向都对促进现代通信发展具有重要意义。
尖晶石结构的Li2MgTi3O8系陶瓷材料具有优良的介电性能、较低的烧结温度和较低的原料成本等优势，这使其在微波通信系统中获得广泛应用。如果能将烧结温度降低至950℃以下，使其可与Ag或Cu共烧，并且保持较高的εr和Q×f值，将是理想的LTCC介质材料。
发明内容
本发明的目的，是克服现有技术的烧结温度较高、不能满足LTCC技术对温度的要求的缺点，提供一种以Li2CO3、MgO、TiO2为主要原料、并加入少量的MgO-B2O3-SiO2(MBS)玻璃低熔点烧结助剂、使其烧结温度成功降低至950℃以下、同时保持良好的微波介电性能的Li2MgTi3O8系微波介质陶瓷。
本发明通过如下技术方案予以实现。
一种低温烧结Li2MgTi3O8系微波介质陶瓷，其组成为Li2MgTi3O8-m wt％MBS；
其中，MBS为外加添加剂，即MgO-B2O3-SiO2玻璃低熔点烧结助剂，其原料组分及其质量百分比含量为42％MgO-45％B2O3-13％SiO2；
m为外加添加剂占原料的质量百分比含量，0.5≤m≤8；
该低温烧结Li2MgTi3O8系微波介质陶瓷的制备方法，具有以下步骤：
(1)将化学原料Li2CO3、MgO和TiO2按Li2MgTi3O8的化学计量比称量配料；
(2)将步骤(1)的配料放入球磨罐中，加入氧化锆球和去离子水，球磨6小时，再将球磨后的原料烘干，烘干后过40目筛，获得颗粒均匀的粉料；
(3)将步骤(2)处理好的粉料于900℃预烧3小时并在此温度下保温4小时，合成主晶相，再将预烧后的粉料粉碎，向其中加入原料的重量百分比含量0.5～8 wt％的玻璃低熔点烧结助剂MBS；
(4)将步骤(3)所得产物放入球磨罐中，加入氧化锆球和去离子水，球磨6小时，烘干后外加原料的质量百分比含量6～10％的石蜡作为粘合剂造粒，过80目筛，再用粉末压片机压制成型为坯体。
(5)将步骤(4)的坯体于800～950℃烧结，保温2～6小时，制得低温烧结Li2MgTi3O8系微波介质陶瓷；
(6)采用网络分析仪测试制品的微波介电性能。
所述步骤(1)的化学原料的纯度大于99.9％。
所述步骤(4)的坯体是在6MPa的压强下压制成型，为Φ10mm×5mm的圆柱体。
所述步骤(5)的最佳烧结温度为900℃，保温4小时。
本发明以Li2MgTi3O8微波介质陶瓷为基础，采用传统固相法，加入MBS为烧结助剂，成功地将其烧结温度降低至950℃以下，制备了介电常数为20～28，品质因数为35,000～48,910GHz，谐振频率温度系数为1.68ppm/℃～26.21ppm/℃的微波介质陶瓷。此外，本发明制备工艺简单，过程无污染，改善了其谐振频率温度系数，是一种理想的LTCC材料，具有广泛的应用前景。
具体实施方式
本发明采用Li2CO3、MgO、TiO2分析纯原料制备微波介质陶瓷，具体实施例如下：
实施例1
(1)将纯度大于99.9％的Li2CO3、MgO和TiO2按摩尔比Li2CO3：MgO：TiO2＝1:1:3配置成主粉体的混合粉料。
(2)将混合粉料放入聚酯罐中，加入去离子水和氧化锆球，在行星式球磨机上球磨6小时，球磨机转速为1000转/分；再将球磨后的原料于1500W的红外干燥箱内烘干，烘干后将原料过40目筛，获得颗粒均匀的粉料。
(3)将过筛后的粉料在900℃下预烧3小时，保温4小时，合成主晶相；再将预烧粉料粉碎，称取20g，加入原料的重量百分比含量0.5wt％的MBS，二次配料。
(4)将二次配料处理好的粉料放入行星式球磨机上球磨6小时，球磨机转速为1000转/分，在于红外干燥箱内烘干；再于烘干后的粉料中加入原料的重量百分比含量8％的粘合剂石蜡造粒，在6MPa压强下压制成型为Φ10mm×5mm的圆柱坯体。
(5)将上述坯体于950℃烧结，保温6小时，制得低温烧结Li2MgTi3O8系微波介质陶瓷。
(6)采用网络分析仪测试制品的微波介电性能。该材料的微波介电性能为：εr＝23.21，Q×f＝37668GHz，τf＝1.68ppm/℃。
实施例2
(1)将纯度大于99.9％的Li2CO3、MgO和TiO2按摩尔比Li2CO3：MgO：TiO2＝1:1:3配置成主粉体的混合粉料。
(2)将混合粉料放入聚酯罐中，加入去离子水和氧化锆球，在行星式球磨机上球磨6小时，球磨机转速为1000转/分；再将球磨后的原料于1500W的红外干燥箱内烘干，烘干后将原料过40目筛，获得颗粒均匀的粉料。
(3)将过筛后的粉料在900℃下预烧3小时，保温4小时，合成主晶相；再将预烧粉料粉碎，称取20g，加入原料的重量百分比含量2.0wt％的MBS，二次配料。
(4)将二次配料处理好的粉料放入行星式球磨机上球磨6小时，球磨机转速为1000转/分，在于红外干燥箱内烘干；再于烘干后的粉料中加入原料的重量百分比含量8％的粘合剂石蜡造粒，在6MPa压强下压制成型为Φ10mm×5mm的圆柱坯体。
(5)将上述坯体于925℃烧结，保温5小时，制得低温烧结Li2MgTi3O8系微波介质陶瓷。
(6)采用网络分析仪测试制品的微波介电性能。该材料的微波介电性能为：εr＝25.76，Q×f＝42561GHz，τf＝8.23ppm/℃。
实施例3
(1)将纯度大于99.9％的Li2CO3、MgO和TiO2按摩尔比Li2CO3：MgO：TiO2＝1:1:3配置成主粉体的混合粉料。
(2)将混合粉料放入聚酯罐中，加入去离子水和氧化锆球，在行星式球磨机上球磨6小时，球磨机转速为1000转/分；再将球磨后的原料于1500W的红外干燥箱内烘干，烘干后将原料过40目筛，获得颗粒均匀的粉料。
(3)将过筛后的粉料在900℃下预烧3小时，保温4小时，合成主晶相；再将预烧粉料粉碎，称取20g，加入原料的重量百分比含量4.0wt％的MBS，二次配料。
(4)将二次配料处理好的粉料放入行星式球磨机上球磨6小时，球磨机转速为1000转/分，在于红外干燥箱内烘干；再于烘干后的粉料中加入原料的重量百分比含量8％的粘合剂石蜡造粒，在6MPa压强下压制成型为Φ10mm×5mm的圆柱坯体。
(5)将上述坯体于900℃烧结，保温4小时，制得低温烧结Li2MgTi3O8系微波介质陶瓷。
(6)采用网络分析仪测试制品的微波介电性能。该材料的微波介电性能为：εr＝28，Q×f＝48910GHz，τf＝16.89ppm/℃。
实施例4
(1)将纯度大于99.9％的Li2CO3、MgO和TiO2按摩尔比Li2CO3：MgO：TiO2＝1:1:3配置成主粉体的混合粉料。
(2)将混合粉料放入聚酯罐中，加入去离子水和氧化锆球，在行星式球磨机上球磨6小时，球磨机转速为1000转/分；再将球磨后的原料于1500W的红外干燥箱内烘干，烘干后将原料过40目筛，获得颗粒均匀的粉料。
(3)将过筛后的粉料在900℃下预烧3小时，保温4小时，合成主晶相；再将预烧粉料粉碎，称取20g，加入原料的重量百分比含量6.0wt％的MBS，二次配料。
(4)将二次配料处理好的粉料放入行星式球磨机上球磨6小时，球磨机转速为1000转/分，在于红外干燥箱内烘干；再于烘干后的粉料中加入原料的重量百分比含量8％的粘合剂石蜡造粒，在6MPa压强下压制成型为Φ10mm×5mm的圆柱坯体。
(5)将上述坯体于850℃烧结，保温3小时，制得低温烧结Li2MgTi3O8系微波介质陶瓷。
(6)采用网络分析仪测试制品的微波介电性能。该材料的微波介电性能为：εr＝22.32，Q×f＝38321GHz，τf＝20.45ppm/℃。
实施例5
(1)将纯度大于99.9％的Li2CO3、MgO和TiO2按摩尔比Li2CO3：MgO：TiO2＝1:1:3配置成主粉体的混合粉料。
(2)将混合粉料放入聚酯罐中，加入去离子水和氧化锆球，在行星式球磨机上球磨6小时，球磨机转速为1000转/分；再将球磨后的原料于1500W的红外干燥箱内烘干，烘干后将原料过40目筛，获得颗粒均匀的粉料。
(3)将过筛后的粉料在900℃下预烧3小时，保温4小时，合成主晶相；再将预烧粉料粉碎，称取20g，加入原料的重量百分比含量8.0wt％的MBS，二次配料。
(4)将二次配料处理好的粉料放入行星式球磨机上球磨6小时，球磨机转速为1000转/分，在于红外干燥箱内烘干；再于烘干后的粉料中加入原料的重量百分比含量8％的粘合剂石蜡造粒，在6MPa压强下压制成型为Φ10mm×5mm的圆柱坯体。
(5)将上述坯体于800℃烧结，保温2小时，制得低温烧结Li2MgTi3O8系微波介质陶瓷。
(6)采用网络分析仪测试制品的微波介电性能。该材料的微波介电性能为：εr＝20，Q×f＝35000GHz，τf＝26.21ppm/℃。
Claims (4)
1.一种低温烧结Li2MgTi3O8系微波介质陶瓷，其组成为Li2MgTi3O8-m wt％MBS；
其中，MBS为外加添加剂，即MgO-B2O3-SiO2玻璃低熔点烧结助剂，其原料组分及其质量百分比含量为42％MgO-45％B2O3-13％SiO2；
m为外加添加剂占原料的质量百分比含量，0.5≤m≤8；
该低温烧结Li2MgTi3O8系微波介质陶瓷的制备方法，具有以下步骤：
(1)将化学原料Li2CO3、MgO和TiO2按Li2MgTi3O8的化学计量比称量配料；
(2)将步骤(1)的配料放入球磨罐中，加入氧化锆球和去离子水，球磨6小时，再将球磨后的原料烘干，烘干后过40目筛，获得颗粒均匀的粉料；
(3)将步骤(2)处理好的粉料于900℃预烧3小时并在此温度下保温4小时，合成主晶相，再将预烧后的粉料粉碎，向其中加入原料的重量百分比含量0.5～8wt％的玻璃低熔点烧结助剂MBS；
(4)将步骤(3)所得产物放入球磨罐中，加入氧化锆球和去离子水，球磨6小时，烘干后外加原料的质量百分比含量6～10％的石蜡作为粘合剂造粒，过80目筛，再用粉末压片机压制成型为坯体。
(5)将步骤(4)的坯体于800～950℃烧结，保温2～6小时，制得低温烧结Li2MgTi3O8系微波介质陶瓷；
(6)采用网络分析仪测试制品的微波介电性能。
2.根据权利要求1所述的低温烧结Li2MgTi3O8系微波介质陶瓷，其特征在于，所述步骤(1)的化学原料的纯度大于99.9％。
3.根据权利要求1所述的低温烧结Li2MgTi3O8系微波介质陶瓷，其特征在于，所述步骤(4)的坯体是在6MPa的压强下压制成型，为Φ10mm×5mm的圆柱体。
4.根据权利要求1所述的低温烧结Li2MgTi3O8系微波介质陶瓷，其特征在于，所述步骤(5)的最佳烧结温度为900℃，保温4小时。
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| CN102617127A (zh) * | 2012-03-23 | 2012-08-01 | 天津大学 | 低温烧结锂锌钛系微波介质陶瓷及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
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| SUMESH GEORGE ET AL.: "Low-Temperature Sintering and Microwave Dielectric Properties of Li2ATi3O8(A=Mg,Zn) Ceramics", 《INTERNATIONAL JOURNAL OF APPLIED CERAMIC TECHNOLOGY》 * |
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