CN111377721A - 一种低温共烧陶瓷材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低温共烧陶瓷材料及其制备方法，所述低温共烧陶瓷材料的化学组成为x ABZSL玻璃‑(1‑x)Zn2SiO4，其中5.0 wt％≤x≤60.0 wt％；ABZSL玻璃的组分包括10.0～30.0 mol% Al2O3、30.0～45.0 mol% B2O3、25.0～35.0 mol% ZnO、5.0～15.0 mol% SiO2、2.0～10.0 mol% La2O3，ABZSL玻璃中各组分摩尔百分比之和为100mol%。

Description

一种低温共烧陶瓷材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种低温共烧陶瓷材料及其制备方法，属于电子陶瓷材料及其制造使用领域。
背景技术
低温共烧陶瓷是近四十年来开发的新型材料技术，他汇集了高温共烧陶瓷技术和厚膜技术的优点，是实现高集成度、高性能电子封装的主流技术，与传统的印制电路板相比，低温共烧基板具有高度的化学稳定性和热稳定性，较高的机械强度和热导率，低温共烧基板的介电常数低，具有更好的高频性能，陶瓷能与高电导金属在空气中共烧，减少了电路损耗，导线可以做的更细，更有利于高密度、高集成布线，有利于器件的小型化，集成化，所以对高性能低温共烧陶瓷材料的需求越来越迫切。
另外现有的低温共烧材料难以系列化，介电损耗和温度系数过大导致了难以批量生产和发展。
综上所说，低介电常数，低损耗，性能稳定的低温共烧材料及其制备方法是我们研究的重中之重。
发明内容
本发明的目的是通过将低熔点的微晶玻璃与具有良好微波介电性能的微波介质陶瓷复合，使得到的复合材料满足900℃以下烧结的同时，具有可调的介电常数及损耗低于4×10-4的低温共烧陶瓷材料。
一方面，本发明提供了一种低温共烧陶瓷材料，所述低温共烧陶瓷材料的化学组成为x ABZSL玻璃-(1-x)Zn2SiO4，其中5.0wt％≤x≤60.0wt％；ABZSL玻璃的组分包括10.0～30.0mol％Al2O3、30.0～45.0mol％B2O3、25.0～35.0mol％ZnO、5.0～15.0mol％SiO2、2.0～10.0mol％La2O3，ABZSL玻璃中各组分摩尔百分比之和为100mol％；优选地，所述ABZSL玻璃的组分为20.0mol％Al2O3、35.0mol％B2O3、30.0mol％ZnO、9.0mol％SiO2、6.0mol％La2O3。
本发明中通过调节复合材料中ABZSL玻璃的质量百分比来实现调控复合材料的烧结温度和介电常数，最终获得烧结温度低，介电常数可调的低温共烧材料，其主要机理是ABZSl玻璃的转变温度低于700℃，导致了复合材料可以在900℃烧结，同时ABZSL玻璃冷却过程中析出少量的析晶相是LaAlO3，其品质因数Q×f＝68000GHz，提高了复合材料的品质因数。此外，ABZSL玻璃的介电常数是3，根据混合法则可以把复合材料的介电常数降低。
较佳地，所述低温共烧陶瓷材料在室温(25℃)下测试介电常数为4.3～6.3，介电损耗正切角＜4×10-4，品质因数为10000～44000gHz，谐振频率温度系数为-35.5～-10.2ppm/℃。
另一方面，本发明还提供了一种如上所述的低温共烧陶瓷材料的制备方法，包括：
将ABZSL玻璃粉和Zn2SiO4陶瓷粉按照x ABZSL-(1-x)Zn2SiO4的质量百分比混合后加入粘结剂造粒，压制成型得到坯体；
将所述坯体于800～900℃烧结1.0～3.0小时，得到所述低温共烧陶瓷材料。
本发明通过将低熔点玻璃与具有良好微波介电性能的微波介质陶瓷复合，具体而言按质量比将制备得到的玻璃粉和陶瓷粉球磨混合、烘干、造粒、压制成型，在800～900℃烧结制成低温共烧陶瓷材料。本发明所需要的ABZSL玻璃粉可通过传统的玻璃熔制法得到，Zn2SiO4陶瓷粉可通过固相反应法得到。由于ABZSL玻璃具有低的转变温度Tg(600～700℃)，可确保复合材料在900℃以下烧结致密，同时ABZSL玻璃的介电常数只有3，根据混合法则，可以降低复合材料的介电常数，而玻璃冷却过程中的主要析晶相LaAlO3属于钙钛矿结构的ABO3化合物，具有良好的微波介电性能，其品质因数Q×f＝68000GHz，很大程度上提高了低温共烧陶瓷材料的品质因数；本发明满足900℃以下烧结的同时，通过调节低熔点玻璃与陶瓷相可调节低温共烧陶瓷材料的微波介电性能；本低温共烧陶瓷材料制备过程简单，原料便宜，重复性好，对环境无污染，便于批量生产，是一种应用前景广阔的低温共烧材料。
较佳地，所述ABZSL玻璃粉的制备方法包括：
选用Al源、B源、Zn源、Si源、La源作为原料粉体，按照(10.0～30.0)：(30.0～45.0)：(25.0～35.0)：(5.0～15.0)：(2.0～10.0)的摩尔比称量后混合，得到原料混合物A；
将所述原料混合物A进行熔制后，再经淬冷、粉碎、干燥和过筛，得到所述ABZSL玻璃粉。
较佳地，所述Al源为Al2O3，所述B源为H3BO3，所述Zn源为ZnO，所述Si源为SiO2，所述La源为La2O3。
又，较佳地，所述Al源、B源、Zn源、Si源和La源为纯度大于99.0％，且将所述原料粉体进行除铁处理。
较佳地，所述熔制的温度为1200～1350℃，时间为1.0～3.0小时。
较佳地，所述Zn2SiO4陶瓷粉的制备方法包括：按Zn2SiO4化学式称量Zn源和Si源，经混合后于1050～1150℃煅烧2.0～6.0小时，得到所述Zn2SiO4陶瓷粉。
又，较佳地，所述Zn源为ZnO，所述Si源为SiO2；优选地，将所述Zn源和Si源进行除铁处理；更优选地，所述Zn源和Si源的纯度＞99％。
较佳地，所述粘结剂为质量百分比为6.0～8.0％的聚乙烯醇缩丁醛溶液、质量百分比为6.0～8.0％的聚乙烯醇溶液中的至少一种。粘结剂的溶剂为水、酒精等。粘结剂的加入量为原料粉体总质量的1.0～5.0wt％。
本发明的有益效果如下：
本发明采用传统的玻璃融制法和固相反应法制备所需要的ABZSL玻璃粉和Zn2SiO4陶瓷粉，其制备过程简单，原料便宜，无需特殊烧结工艺；
复合材料中的ABZSL玻璃既可调节复合材料的介电常数，又可以降低复合材料的烧结温度。本发明工艺简单，且无污染，成本低廉，易于批量生产，可用于多层介质谐振器、微波天线滤波器等器件的制造。
附图说明
图1为本发明制备的低温共烧陶瓷材料的XRD图谱，右侧百分含量表示各实施例中添加ABZSL低熔点玻璃的百分含量；
图2为实施例1-7制备的低温共烧陶瓷材料的介电常数随ABZSL低熔点玻璃添加量变化的图谱；
图3为实施例1-7制备的低温共烧陶瓷材料的品质因数(Q×f)介电常数随ABZSL低熔点玻璃添加量变化的图谱。
具体实施方式
以下通过下述实施方式进一步说明本发明，应理解，下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。
本发明中，低温共烧陶瓷材料的组成为x ABZSL玻璃-(1-x)Zn2SiO4，ABZSL玻璃的质量百分比可为5.0wt％～60.0wt％，Zn2SiO4陶瓷质量百分比为40.0wt％～95.0wt％，二者质量百分比之和为100％。其中，ABZSL玻璃的组分可为10.0～30.0mol％Al2O3、30.0～45.0mol％B2O3、25.0～35.0mol％ZnO、5.0～15.0mol％SiO2、2.0～10.0mol％La2O3，各组分摩尔含量和为100mol％。在可选的实施方式中，ABZSL玻璃组分为20.0mol％Al2O3、35.0mol％B2O3、30.0mol％ZnO、9.0mol％SiO2、6.0mol％La2O3。本发明制备的低温共烧陶瓷材料，其烧结温度低，通过调节低熔点玻璃与陶瓷相可调节低温陶瓷材料的微波介电性能：介电常数为4.3～6.3，品质因数10000～44000gHz，谐振频率温度系数-35.5～-10.2ppm/℃，其制备过程简单，原料便宜，重复性好，对环境无污染，便于批量生产，是一种应用前景广阔的低温共烧材料。
在本发明一实施方式中，通过传统的玻璃熔制法和固相反应法分别得到本发明所需要的ABZSL玻璃粉和Zn2SiO4陶瓷粉，并按所需质量比x：(1-x)将玻璃粉和陶瓷粉湿磨混合、烘干、造粒、压制成型，在800～900℃烧结制成本发明材料。以下，具体说明本发明的制备低温共烧陶瓷材料x ABZSL-(1-x)Zn2SiO4的方法。
本公开中，通过将低熔点玻璃与具有良好微波介电性能的微波介质陶瓷复合得到低温共烧陶瓷材料x ABZSL-(1-x)Zn2SiO4。
本公开中，采用组分为20.0mol％Al2O3、35.0mol％B2O3、30.0mol％ZnO、9.0mol％SiO2、6.0mol％La2O3的ABZSL玻璃作为低熔点玻璃，其具有低玻璃转化温度(600～700℃)。
本公开中，可通过传统的玻璃熔制法制备ABZSL玻璃粉。具体的，制备ABZSL玻璃粉的过程可以包括：按ABZSL玻璃配比(mol％)计算所需各种原料的重量(wt％)进行配料，即按照20.0：35.0：30.0：9.0:6.0的摩尔比将Al源(例如Al2O3)、B源(例如H3BO3)、Zn源(例如ZnO)、Si源(例如SiO2)、La源(例如La2O3)混合得到原料混合物(原料粉体)。将原料混合物熔制后淬冷，得到玻璃碎片。然后将玻璃碎片研磨、干燥、过筛，得到所述ABZSL玻璃粉。其中，使用的原料粉体的纯度大于99.0％，提前进行除铁，采用纯度大于99.0％的原料制备ABZSL玻璃粉，减少杂质对介电性能的影响。熔制制度可以为：1200～1350℃；1.0～3.0小时。熔制前可以加入适量水搅拌，防止原料产生飞尘。淬冷时，可将熔制好的玻璃溶液快速地倒入去离子水中淬冷。
玻璃碎片研磨采用湿法球磨的方式。将得到玻璃碎片按一定比例料：球：水＝1：4：3的比例放入氧化铝陶瓷罐，行星球磨1.0～2.0h，以获得平均粒径D50≈3.0±0.5um的玻璃粉体。将磨好的玻璃粉浆料置于恒温干燥箱中于150℃干燥2.0～4.0h，干燥完成后过100目筛，得到玻璃粉备用。
本公开中，采用Zn2SiO4陶瓷粉作为微波介质陶瓷，其具有良好微波介电性能。
本公开中，可通过固相反应法得到Zn2SiO4陶瓷粉。具体地，制备Zn2SiO4陶瓷粉的过程可以包括：按Zn2SiO4化学式将Zn源(例如氧化锌ZnO)、Si源(二氧化钛例如SiO2)湿磨混合，得到原料混合物B。将所述原料混合物B干燥、过筛，得到前驱体粉料。然后将前驱体粉料于1050～1150℃预烧2.0～6.0小时，得到Zn2SiO4陶瓷粉以备后用。其中，使用的原料的纯度大于99.0％，使用前进行除铁。
将制备得到的ABZSL玻璃粉和Zn2SiO4陶瓷粉按照x ABZSL-(1-x)Zn2SiO4，其中5.0wt％≤x≤60.0wt％，的质量比例混合。混合的方式可以采用湿磨混合。
将球磨混合后的混合物烘干，加入粘结剂造粒、压制成型得到坯体。本发明中，粘结剂采用重量百分比为6.0～8.0％的聚乙烯醇溶液或质量百分比为6.0～8.0％的聚乙烯醇溶液，加入量为原料粉体总质量的1.0～5.0wt％。
将坯体排胶后在一定温度下烧结，得到低温共烧陶瓷材料x ABZSL-(1-x)Zn2SiO。在空气气氛中于800～900℃之间烧结1.0～3.0h。
作为一个低温共烧陶瓷材料的制备方法的示例，包括：制备ABZSL玻璃粉；制备Zn2SiO4陶瓷粉；将所述的ABZSL玻璃粉和所述的Zn2SiO4陶瓷粉按照x ABZSL-(1-x)Zn2SiO4的质量百分比混合后加入粘结剂造粒，压制成型得到坯体；将所述坯体于800～900℃烧结1.0～3.0小时，得到所述低温共烧陶瓷材料。制备ABZSL玻璃粉包括：按照(10.0～30.0)：(30.0～45.0)：(25.0～35.0)：(5.0～15.0)：(2.0～10.0)的摩尔比将Al源、B源、Zn源、Si源、La源混合得到原料混合物A；将所述原料混合物A熔制后淬冷，得到玻璃碎片；和将所述玻璃碎片球磨、干燥、过筛，得到所述ABZSL玻璃粉。所述Al源为纯度大于99.0％的Al2O3，所述B源为纯度大于99.0％的H3BO3，所述Zn源为纯度大于99.0％的ZnO，所述Si源为纯度大于99.0％的SiO2，所述La源为纯度大于99.0％的La2O3，所有原料使用前都要除铁。所述熔制的温度为1200～1350℃，时间为1.0～3.0小时。制备Zn2SiO4陶瓷粉包括：按Zn2SiO4化学式将Zn源、Si源湿磨混合，得到原料混合物B；将所述原料混合物B干燥、过筛，得到前驱体粉料；和将所述前驱体粉料于1050～1150℃预烧2.0～6.0小时，得到所述Zn2SiO4陶瓷粉。所述Zn源为纯度大于99.0％的ZnO，所述Si源为纯度大于99.0％的SiO2，所有原料使用前都要除铁。所述粘结剂为质量百分比为6.0～8.0％的聚乙烯醇缩丁醛溶液、聚乙烯醇溶液中的至少一种。
下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。
测试方法：
微波介电性能：测量采用Hakki-Coleman开圆柱网络介质谐振法，使用TE011模式来测定样品在微波频率下的相对介电常数εr及品质因数Q×f，所用仪器为Agilent E8362B矢量网络分析仪，测试样品为Φ12×6mm的圆柱体，样品的谐振频率温度系数测定使用的是VT7004烘箱，测试温度范围为25～85℃。若无特殊说明，下述实施例1-7中ABZSL玻璃的组分摩尔比为20.0mol％Al2O3、35.0mol％B2O3、30.0mol％ZnO、9.0mol％SiO2、6.0mol％La2O3。
实施例1：
(1)按ABZSL玻璃配比(mol％)，称量90.20g Al2O3、191.40g H3BO3、108.00g ZnO、23.95g SiO2和86.45g La2O3，将配好的料倒入研钵中，加入适量去离子水搅拌均匀后置于1300℃铂金坩埚中保温2.0h，然后再将熔制好的玻璃熔体直接倒入去离子水中淬冷，得到玻璃试样；
(2)将步骤(1)中得到300.0g玻璃碎片料+1200.0g氧化锆球+900.0ml去离子水放入氧化铝陶瓷罐，在转速为200r/min的行星球磨机球磨2.0h；
(3)将步骤(2)中球磨好的玻璃粉浆料置于150℃恒温干燥箱中，干燥3.0h，干燥完成后过100目筛，得到玻璃粉(粒径为D50≈3.0±0.5um)备用；
(4)按Zn2SiO4化学式配料，称取73.78g ZnO和27.23g SiO2配料，共100.0g；将100.0g料+300.0g氧化锆球+200.0ml去离子水加入尼龙罐中，在转速为200r/min的行星球磨机球磨1.0h；
(5)将步骤(4)球磨好的原始粉浆料放入恒温干燥箱中，在150℃中干燥4.0h，干燥后过20目筛，得到混合均匀的粉料；
(6)将步骤(5)过完筛后的粉料倒入氧化铝坩埚中，置于马弗炉中，在1100℃中预烧4.0h，得到Zn2SiO4陶瓷粉以备后用；
(7)将步骤(3)和步骤(6)中获得的5.0g ABZSL玻璃粉和95.0g Zn2SiO4陶瓷粉混合，共100.0g；将100.0g料+300.0g氧化锆球+200.0ml去离子水加入尼龙罐中，在转速为200r/min的行星球磨机球磨1.0h；在150℃烘干后加入重量百分比为3.0％的PVA溶液(溶度6.0wt％，溶剂为水)作为粘结剂进行造粒，过20目筛，再压制成直径15mm的圆柱；
(8)将在步骤(7)试样置于马弗炉中，在500℃排胶1.0h，在空气气氛中于900℃保温烧结2.0h，制成低温共烧陶瓷。
该实例所得样品的微波介电性能测量采用Hakki-Coleman开圆柱网络介质谐振法，使用TE011模式来测定样品在微波频率下的相对介电常数εr及品质因数Q×f，所用仪器为Agilent E8362B矢量网络分析仪，测试样品为Φ12×6mm的圆柱体，样品的谐振频率温度系数测定使用的是VT7004烘箱，测试温度范围为25～85℃。
实施例2：
(1)按ABZSL玻璃配比(mol％)，称量90.20g Al2O3、191.40g H3BO3、108.00g ZnO、23.95g SiO2和86.45g La2O3，将配好的料倒入研钵中，加入适量去离子水搅拌均匀后置于1300℃铂金坩埚中保温2.0h，然后再将熔制好的玻璃熔体直接倒入去离子水中淬冷，得到玻璃试样；
(2)将步骤(1)中得到300.0g玻璃碎片料+1200.0g氧化锆球+900.0ml去离子水放入氧化铝陶瓷罐，在转速为200r/min的行星球磨机球磨2.0h；
(3)将步骤(2)中球磨好的玻璃粉浆料置于150℃恒温干燥箱中，干燥3.0h，干燥完成后过100目筛，得到玻璃粉(粒径为D50≈3.0±0.5um)备用；
(4)按Zn2SiO4化学式配料，称取73.78g ZnO和27.23g SiO2配料，共100.0g；将100.0g料+300.0g氧化锆球+200.0ml去离子水加入尼龙罐中，在转速为200r/min的行星球磨机球磨1.0h；
(5)将步骤(4)球磨好的原始粉浆料放入恒温干燥箱中，在150℃中干燥4.0h，干燥后过20目筛，得到混合均匀的粉料；
(6)将步骤(5)过完筛后的粉料倒入氧化铝坩埚中，置于马弗炉中，在1100℃中预烧4.0h，得到Zn2SiO4陶瓷粉以备后用；
(7)将步骤(3)和步骤(6)中获得的10.0g ABZSL玻璃粉和90.0g Zn2SiO4陶瓷粉混合，共100.0g；将100.0g料+300.0g氧化锆球+200.0ml去离子水加入尼龙罐中，在转速为200r/min的行星球磨机球磨1.0h；在150℃烘干后加入重量百分比为3.0％的PVA溶液(溶度6.0wt％，溶剂为水)作为粘结剂进行造粒，过20目筛，再压制成直径15mm的圆柱；
(8)将在步骤(7)试样置于马弗炉中，在500℃排胶1.0h，在空气气氛中于900℃保温烧结2.0h，制成低温共烧陶瓷。通过网络分析仪及相关测试夹具测试该实施例所得样品微波介电性能。
实施例3：
(1)按ABZSL玻璃配比(mol％)，称量90.20g Al2O3、191.40g H3BO3、108.00g ZnO、23.95g SiO2和86.45g La2O3，将配好的料倒入研钵中，加入适量去离子水搅拌均匀后置于1300℃铂金坩埚中保温2.0h，然后再将熔制好的玻璃熔体直接倒入去离子水中淬冷，得到玻璃试样；
(2)将步骤(1)中得到300.0g玻璃碎片料+1200.0g氧化锆球+900.0ml去离子水放入氧化铝陶瓷罐，在转速为200r/min的行星球磨机球磨2.0h；
(3)将步骤(2)中球磨好的玻璃粉浆料置于150℃恒温干燥箱中，干燥3.0h，干燥完成后过100目筛，得到玻璃粉(粒径为D50≈3.0±0.5um)备用；
(4)按Zn2SiO4化学式配料，称取73.78g ZnO和27.23g SiO2配料，共100.0g；将100.0g料+300.0g氧化锆球+200.0ml去离子水加入尼龙罐中，在转速为200r/min的行星球磨机球磨1.0h；
(5)将步骤(4)球磨好的原始粉浆料放入恒温干燥箱中，在150℃中干燥4.0h，干燥后过20目筛，得到混合均匀的粉料；
(6)将步骤(5)过完筛后的粉料倒入氧化铝坩埚中，置于马弗炉中，在1100℃中预烧4.0h，得到Zn2SiO4陶瓷粉以备后用；
(7)将步骤(3)和步骤(6)中获得的20.0g ABZSL玻璃粉和80.0g Zn2SiO4陶瓷粉混合，共100.0g；将100.0g料+300.0g氧化锆球+200.0ml去离子水加入尼龙罐中，在转速为200r/min的行星球磨机球磨1.0h；在150℃烘干后加入重量百分比为3.0％的PVA溶液(溶度6.0wt％，溶剂为水)作为粘结剂进行造粒，过20目筛，再压制成直径15mm的圆柱；
(8)将在步骤(7)试样置于马弗炉中，在500℃排胶1.0h，在空气气氛中于900℃保温烧结2.0h，制成低温共烧陶瓷。通过网络分析仪及相关测试夹具测试该实施例所得样品微波介电性能。
实施例4：
(1)按ABZSL玻璃配比(mol％)，称量90.20g Al2O3、191.40g H3BO3、108.00g ZnO、23.95g SiO2和86.45g La2O3，将配好的料倒入研钵中，加入适量去离子水搅拌均匀后置于1300℃铂金坩埚中保温2.0h，然后再将熔制好的玻璃熔体直接倒入去离子水中淬冷，得到玻璃试样；
(2)将步骤(1)中得到300.0g玻璃碎片料+1200.0g氧化锆球+900.0ml去离子水放入氧化铝陶瓷罐，在转速为200r/min的行星球磨机球磨2.0h；
(3)将步骤(2)中球磨好的玻璃粉浆料置于150℃恒温干燥箱中，干燥3.0h，干燥完成后过100目筛，得到玻璃粉(粒径为D50≈3.0±0.5um)备用；
(4)按Zn2SiO4化学式配料，称取73.78g ZnO和27.23g SiO2配料，共100.0g；将100.0g料+300.0g氧化锆球+200.0ml去离子水加入尼龙罐中，在转速为200r/min的行星球磨机球磨1.0h；
(5)将步骤(4)球磨好的原始粉浆料放入恒温干燥箱中，在150℃中干燥4.0h，干燥后过20目筛，得到混合均匀的粉料；
(6)将步骤(5)过完筛后的粉料倒入氧化铝坩埚中，置于马弗炉中，在1100℃中预烧4.0h，得到Zn2SiO4陶瓷粉以备后用；
(7)将步骤(3)和步骤(6)中获得的30.0g ABZSL玻璃粉和70.0g Zn2SiO4陶瓷粉混合，共100.0g；将100.0g料+300.0g氧化锆球+200.0ml去离子水加入尼龙罐中，在转速为200r/min的行星球磨机球磨1.0h；在150℃烘干后加入重量百分比为3.0％的PVA溶液(溶度6.0wt％，溶剂为水)作为粘结剂进行造粒，过20目筛，再压制成直径15mm的圆柱；
(8)将在步骤(7)试样置于马弗炉中，在500℃排胶1.0h，在空气气氛中于900℃保温烧结2.0h，制成低温共烧陶瓷。通过网络分析仪及相关测试夹具测试该实施例所得样品微波介电性能。
实施例5：
(1)按ABZSL玻璃配比(mol％)，称量90.20g Al2O3、191.40g H3BO3、108.00g ZnO、23.95g SiO2和86.45g La2O3，将配好的料倒入研钵中，加入适量去离子水搅拌均匀后置于1300℃铂金坩埚中保温2.0h，然后再将熔制好的玻璃熔体直接倒入去离子水中淬冷，得到玻璃试样；
(2)将步骤(1)中得到300.0g玻璃碎片料+1200.0g氧化锆球+900.0ml去离子水放入氧化铝陶瓷罐，在转速为200r/min的行星球磨机球磨2.0h；
(3)将步骤(2)中球磨好的玻璃粉浆料置于150℃恒温干燥箱中，干燥3.0h，干燥完成后过100目筛，得到玻璃粉(粒径为D50≈3.0±0.5um)备用；
(4)按Zn2SiO4化学式配料，称取73.78g ZnO和27.23g SiO2配料，共100.0g；将100.0g料+300.0g氧化锆球+200.0ml去离子水加入尼龙罐中，在转速为200r/min的行星球磨机球磨1.0h；
(5)将步骤(4)球磨好的原始粉浆料放入恒温干燥箱中，在150℃中干燥4.0h，干燥后过20目筛，得到混合均匀的粉料；
(6)将步骤(5)过完筛后的粉料倒入氧化铝坩埚中，置于马弗炉中，在1100℃中预烧4.0h，得到Zn2SiO4陶瓷粉以备后用；
(7)将步骤(3)和步骤(6)中获得的40.0g ABZSL玻璃粉和60.0g Zn2SiO4陶瓷粉混合，共100.0g；将100.0g料+300.0g氧化锆球+200.0ml去离子水加入尼龙罐中，在转速为200r/min的行星球磨机球磨1.0h；在150℃烘干后加入重量百分比为3.0％的PVA溶液(溶度6.0wt％，溶剂为水)作为粘结剂进行造粒，过20目筛，再压制成直径15mm的圆柱；
(8)将在步骤(7)试样置于马弗炉中，在500℃排胶1.0h，在空气气氛中于900℃保温烧结2.0h，制成低温共烧陶瓷。通过网络分析仪及相关测试夹具测试该实施例所得样品微波介电性能。
实施例6：
(1)按ABZSL玻璃配比(mol％)，称量90.20g Al2O3、191.40g H3BO3、108.00g ZnO、23.95g SiO2和86.45g La2O3，将配好的料倒入研钵中，加入适量去离子水搅拌均匀后置于1300℃铂金坩埚中保温2.0h，然后再将熔制好的玻璃熔体直接倒入去离子水中淬冷，得到玻璃试样；
(2)将步骤(1)中得到300.0g玻璃碎片料+1200.0g氧化锆球+900.0ml去离子水放入氧化铝陶瓷罐，在转速为200r/min的行星球磨机球磨2.0h；
(3)将步骤(2)中球磨好的玻璃粉浆料置于150℃恒温干燥箱中，干燥3.0h，干燥完成后过100目筛，得到玻璃粉(粒径为D50≈3.0±0.5um)备用；
(4)按Zn2SiO4化学式配料，称取73.78g ZnO和27.23g SiO2配料，共100.0g；将100.0g料+300.0g氧化锆球+200.0ml去离子水加入尼龙罐中，在转速为200r/min的行星球磨机球磨1.0h；
(5)将步骤(4)球磨好的原始粉浆料放入恒温干燥箱中，在150℃中干燥4.0h，干燥后过20目筛，得到混合均匀的粉料；
(6)将步骤(5)过完筛后的粉料倒入氧化铝坩埚中，置于马弗炉中，在1100℃中预烧4.0h，得到Zn2SiO4陶瓷粉以备后用；
(7)将步骤(3)和步骤(6)中获得的50.0g ABZSL玻璃粉和50.0g Zn2SiO4陶瓷粉混合，共100.0g；将100.0g料+300.0g氧化锆球+200.0ml去离子水加入尼龙罐中，在转速为200r/min的行星球磨机球磨1.0h；在150℃烘干后加入重量百分比为3.0％的PVA溶液(溶度6.0wt％，溶剂为水)作为粘结剂进行造粒，过20目筛，再压制成直径15mm的圆柱；
(8)将在步骤(7)试样置于马弗炉中，在500℃排胶1.0h，在空气气氛中于900℃保温烧结2.0h，制成低温共烧陶瓷。通过网络分析仪及相关测试夹具测试该实施例所得样品微波介电性能。
实施例7：
(1)按ABZSL玻璃配比(mol％)，称量90.20g Al2O3、191.40g H3BO3、108.00g ZnO、23.95g SiO2和86.45g La2O3，将配好的料倒入研钵中，加入适量去离子水搅拌均匀后置于1300℃铂金坩埚中保温2.0h，然后再将熔制好的玻璃熔体直接倒入去离子水中淬冷，得到玻璃试样；
(2)将步骤(1)中得到300.0g玻璃碎片料+1200.0g氧化锆球+900.0ml去离子水放入氧化铝陶瓷罐，在转速为200r/min的行星球磨机球磨2.0h；
(3)将步骤(2)中球磨好的玻璃粉浆料置于150℃恒温干燥箱中，干燥3.0h，干燥完成后过100目筛，得到玻璃粉(粒径为D50≈3.0±0.5um)备用；
(4)按Zn2SiO4化学式配料，称取73.78g ZnO和27.23g SiO2配料，共100.0g；将100.0g料+300.0g氧化锆球+200.0ml去离子水加入尼龙罐中，在转速为200r/min的行星球磨机球磨1.0h；
(5)将步骤(4)球磨好的原始粉浆料放入恒温干燥箱中，在150℃中干燥4.0h，干燥后过20目筛，得到混合均匀的粉料；
(6)将步骤(5)过完筛后的粉料倒入氧化铝坩埚中，置于马弗炉中，在1100℃中预烧4.0h，得到Zn2SiO4陶瓷粉以备后用；
(7)将步骤(3)和步骤(6)中获得的60.0g ABZSL玻璃粉和40.0g Zn2SiO4陶瓷粉混合，共100.0g；将100.0g料+300.0g氧化锆球+200.0ml去离子水加入尼龙罐中，在转速为200r/min的行星球磨机球磨1.0h；在150℃烘干后加入重量百分比为3.0％的PVA溶液(溶度6.0wt％，溶剂为水)作为粘结剂进行造粒，过20目筛，再压制成直径15mm的圆柱；
(8)将在步骤(7)试样置于马弗炉中，在500℃排胶1.0h，在空气气氛中于900℃保温烧结2.0h，制成低温共烧陶瓷。通过网络分析仪及相关测试夹具测试该实施例所得样品微波介电性能。
对比例1：
(1)按ABZSL玻璃配比(mol％)，称量90.20g Al2O3、191.40g H3BO3、108.00g ZnO、23.95g SiO2和86.45g La2O3，将配好的料倒入研钵中，加入适量去离子水搅拌均匀后置于1300℃铂金坩埚中保温2.0h，然后再将熔制好的玻璃熔体直接倒入去离子水中淬冷，得到玻璃试样；
(2)将步骤(1)中得到300.0g玻璃碎片料+1200.0g氧化锆球+900.0ml去离子水放入氧化铝陶瓷罐，在转速为200r/min的行星球磨机球磨2.0h；
(3)将步骤(2)中球磨好的玻璃粉浆料置于150℃恒温干燥箱中，干燥3.0h，干燥完成后过100目筛，得到玻璃粉(粒径为D50≈3.0±0.5um)备用；
(4)按Zn2SiO4化学式配料，称取73.78g ZnO和27.23g SiO2配料，共100.0g；将100.0g料+300.0g氧化锆球+200.0ml去离子水加入尼龙罐中，在转速为200r/min的行星球磨机球磨1.0h；
(5)将步骤(4)球磨好的原始粉浆料放入恒温干燥箱中，在150℃中干燥4.0h，干燥后过20目筛，得到混合均匀的粉料；
(6)将步骤(5)过完筛后的粉料倒入氧化铝坩埚中，置于马弗炉中，在1100℃中预烧4.0h，得到Zn2SiO4陶瓷粉以备后用；
(7)将步骤(3)和步骤(6)中获得的0g ABZSL玻璃粉和90.0g Zn2SiO4陶瓷粉混合，共100.0g；将100.0g料+300.0g氧化锆球+200.0ml去离子水加入尼龙罐中，在转速为200r/min的行星球磨机球磨1.0h；在150℃烘干后加入重量百分比为3.0％的PVA溶液(溶度6.0wt％，溶剂为水)作为粘结剂进行造粒，过20目筛，再压制成直径15mm的圆柱；
(8)将在步骤(7)试样置于马弗炉中，在500℃排胶1.0h，在空气气氛中于900℃保温烧结2.0h，制成低温共烧陶瓷。通过网络分析仪及相关测试夹具测试该实施例所得样品微波介电性能。
对比例2：
(1)按ABZSL玻璃的另一组分摩尔比为7.0mol％Al2O3、30.0mol％B2O3、60.0mol％ZnO、1.0mol％SiO2、2.0mol％La2O3，称量35.5g Al2O3、185g H3BO3、245g ZnO、3.0g SiO2和32.5gLa2O3，将配好的料倒入研钵中，加入适量去离子水搅拌均匀后置于1300℃铂金坩埚中保温2.0h，然后再将熔制好的玻璃熔体直接倒入去离子水中淬冷，得到玻璃试样；
(2)将步骤(1)中得到300.0g玻璃碎片料+1200.0g氧化锆球+900.0ml去离子水放入氧化铝陶瓷罐，在转速为200r/min的行星球磨机球磨2.0h；
(3)将步骤(2)中球磨好的玻璃粉浆料置于150℃恒温干燥箱中，干燥3.0h，干燥完成后过100目筛，得到玻璃粉(粒径为D50≈3.0±0.5um)备用；
(4)按Zn2SiO4化学式配料，称取73.78g ZnO和27.23g SiO2配料，共100.0g；将100.0g料+300.0g氧化锆球+200.0ml去离子水加入尼龙罐中，在转速为200r/min的行星球磨机球磨1.0h；
(5)将步骤(4)球磨好的原始粉浆料放入恒温干燥箱中，在150℃中干燥4.0h，干燥后过20目筛，得到混合均匀的粉料；
(6)将步骤(5)过完筛后的粉料倒入氧化铝坩埚中，置于马弗炉中，在1100℃中预烧4.0h，得到Zn2SiO4陶瓷粉以备后用；
(7)将步骤(3)和步骤(6)中获得的5.0g ABZSL玻璃粉和95.0g Zn2SiO4陶瓷粉混合，共100.0g；将100.0g料+300.0g氧化锆球+200.0ml去离子水加入尼龙罐中，在转速为200r/min的行星球磨机球磨1.0h；在150℃烘干后加入重量百分比为3.0％的PVA溶液(溶度6.0wt％，溶剂为水)作为粘结剂进行造粒，过20目筛，再压制成直径15mm的圆柱；
(8)将在步骤(7)试样置于马弗炉中，在500℃排胶1.0h，在空气气氛中于900℃保温烧结2.0h，制成低温共烧陶瓷。
本发明具体实施例的各项微波电性能测试结果见表1：
Figure BDA0001925128850000131
根据表1、图2和图3可知，通过调节低温共烧陶瓷材料中低熔点玻璃与陶瓷相的质量百分比可以调节低温共烧陶瓷的微波介电性能，且介电常数、品质因数随着低熔点玻璃的添加量呈线性下降关系，低熔点玻璃ABZSL可以降低低温共烧陶瓷的烧结温度。如果改变玻璃组成的摩尔比，则导致复合材料的品质因数大幅下降。因此，本发明中的玻璃冷却过程中析出少量的LaAlO3可以保证复合材料有比较高的品质因数。

Claims (10)

1.一种低温共烧陶瓷材料，其特征在于，所述低温共烧陶瓷材料的化学组成为x ABZSL玻璃 -(1-x) Zn2SiO4，其中5.0 wt％≤x≤60.0 wt％；ABZSL玻璃的组分包括10.0～30.0mol% Al2O3、30.0～45.0 mol% B2O3、25.0～35.0 mol% ZnO、5.0～15.0 mol% SiO2、2.0～10.0 mol% La2O3，ABZSL玻璃中各组分摩尔百分比之和为100mol%；优选地，所述ABZSL玻璃的组分为20.0 mol% Al2O3、35.0 mol% B2O3、30.0 mol% ZnO、9.0 mol% SiO2、6.0 mol%La2O3。
2.根据权利要求1所述的低温共烧陶瓷材料，其特征在于：所述低温共烧陶瓷材料的介电常数为4.3～6.3，介电损耗正切角＜4×10-4，品质因数为 10000～44000 GHz，谐振频率温度系数为 -35.5～-10.2 ppm/℃。
3.一种权利要求1或2所述的低温共烧陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括：
将ABZSL玻璃粉和Zn2SiO4陶瓷粉按照x ABZSL -(1-x) Zn2SiO4的质量百分比混合后加入粘结剂造粒，压制成型得到坯体；
将所述坯体于800～900℃烧结1.0～3.0小时，得到所述低温共烧陶瓷材料。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述ABZSL玻璃粉的制备方法包括：
选用Al源、B源、Zn源、Si源、La源作为原料粉体，按照（10.0～30.0）：（30.0～45.0）：（25.0～35.0）：（5.0～15.0）：（2.0～10.0）的摩尔比称量后混合，得到原料混合物A；
将所述原料混合物A进行熔制后，再经淬冷、粉碎、干燥和过筛，得到所述ABZSL玻璃粉。
5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述Al源为Al2O3，所述B源为H3BO3，所述Zn源为ZnO，所述Si源为SiO2，所述La源为La2O3。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述Al源、B源、Zn源、Si源和La源为纯度大于99.0％，且将所述原料粉体进行除铁处理。
7.根据权利要求3-6中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述熔制的温度为1200～1350℃，时间为1.0～3.0小时。
8.根据权利要求3-7中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述Zn2SiO4陶瓷粉的制备方法包括：按Zn2SiO4化学式称量Zn源和Si源，经混合后于1050～1150℃煅烧2.0～6.0小时，得到所述Zn2SiO4陶瓷粉。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述Zn源为ZnO，所述Si源为SiO2；优选地，将所述Zn源和Si源进行除铁处理；更优选地，所述Zn源和Si源的纯度＞99%。
10.根据权利要求3-9中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为质量百分比为6.0～8.0 %的聚乙烯醇缩丁醛溶液、质量百分比为6.0~8.0 %的聚乙烯醇溶液中的至少一种，加入量为原料粉体总质量的1～5wt%。
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