专利名称：低温烧结锂锌钛系微波介质陶瓷及其制备方法
技术领域：
本发明属于一种以成分为特征的陶瓷组合物，特别涉及一种新型低温烧结Li2ZnTi3O8系微波介质陶瓷材料及其制备方法。
背景技术：
近年来，随着雷达及通信技术的迅猛发展，对各类微波移动通信终端设备小型化、轻量化、多功能化及低成本化的要求不断提高。以低温共烧陶瓷(low-temperatureco-fired ceramic, LTCC)技术为基础的多层结构设计可有效减小器件体积,是实现元器件向小型化、集成化以及模块化的重要途径。多层 微波元器件的制备，需要微波介质陶瓷与高电导率电极共烧，因此，低温共烧微波元器件对微波介质陶瓷提出了更高的要求，为了能与Ag(熔点为961°C)等高电导率的金属电极在大气中共烧，微波介质陶瓷的烧结温度要降到950°C以下。添加低熔点氧化物或玻璃烧结助剂以降低微波介质材料的烧结温度是最常见的一种降低烧结温度的方法。此外，寻找本身烧结温度低的材料体系的方法越来越受到人们的重视。尖晶石结构的Li2ZnTi3O8是一种新型开发的微波介质材料，其烧结温度较低，为1075°C，在微波频段具有优异的介电性能。本发明采用传统固相法，在添加助熔剂的条件下，制备出低温烧结的Li2ZnTi3O8微波介质陶瓷。
发明内容
本发明目的是，以Li2C03、Zn0、Ti02为主要原料，外加少量的H3BO3或者ZBS玻璃等低熔点烧结助剂，使锂锌钛系微波介质陶瓷烧结温度成功降低至900°C以下，同时保持其优异的微波介电性能。本发明的低温烧结锂锌钛系微波介质陶瓷，由Li2ZnTi3O8-Hiwt^ M组成，其中，M为外加烧结助剂，为H3BO3或者ZBS，0彡m彡10，m为外加烧结助剂的质量百分比；所述ZBS 为 60wt % Zn0-30wt % B2O3-IOwt % SiO2。本发明的低温烧结锂锌钛系微波介质陶瓷的制备方法，具有以下步骤。(I)将原料 Li2C03、Zn0、Ti02 按摩尔比 Li2CO3 ZnO TiO2 = I I 3 称量配料；(2)将步骤(I)配制的粉料放入球磨罐中，加入氧化锆球和去离子水，料，水，球的质量比为I : 7 7，球磨4 6小时；将球磨后的原料置于红外干燥箱中烘干，烘干后过40目筛，获得颗粒均匀的粉料；(3)将步骤⑵处理好的粉料在900°C下预烧3小时，并在此温度下保温4小时，合成主晶相；再将预烧粉料粉碎，按Li2ZnTi3O8-Hiwt% M的比例向其中加入M，其中，M为外加烧结助剂，为H3BO3或者ZBS，0彡m彡10，m为外加烧结助剂的质量百分比；所述 ZBS 为 60wt % Zn0-30wt % B2O3-IOwt % SiO2 ；(4)将步骤(3)所得产物放入球磨罐中，按照粉料和酒精的重量比为I : I向粉料中加入酒精，球磨6 12小时，烘干后外加质量百分比为6 10%的石蜡作为粘合剂造粒，过80目筛后，用粉末压片机压力成型；(5)将步骤(4)成型后的生坯于840 920°C烧结，保温2 6小时，制得微波介质陶瓷； (6)测试微波介质陶瓷的微波介电性能。所述步骤(I)的化学原料Li2C03、ZnO和TiO2的纯度大于99. 9%。所述步骤⑷压片机的工作压强为4 6MPa,生还规格为①IOmmX 5mm的圆柱体。所述步骤(2)和步骤(4)的球磨采用行星式球磨机，转速为1000转/分。所述步骤(5)是通过网络分析仪测试微波介质陶瓷的微波介电性能。所述步骤(5)的优选烧结温度为880_900°C，保温4小时。所述步骤⑵优选的球磨时间为6小时；所述步骤(4)优选的球磨时间为6小时,石腊加入量为8%。本发明以Li2ZnTi3O8微波介质陶瓷为基础，外加H3BO3或者ZBS烧结助剂，成功地将其烧结温度降低至900°C以下，制备了介电常数为25 26，品质因数38700 50200GHz，谐振频率温度系数为-6. 8 -11. 4ppm/°C的微波介质陶瓷。此外，该制备工艺简单，过程无污染，改善了其谐振频率温度系数，是一种理想的LTCC (低温共烧陶瓷)材料，具有广泛的应用前景。
具体实施例方式本发明采用纯度大于99. 9%的分析纯原料Nd203、Nb2O5、CaF2制备Li2ZnTi3O8微波介质陶瓷，具体实施方式
如下。将Li2C03、Zn0、Ti02 按摩尔比 Li2CO3 ZnO TiO2 = I I 3 称量配料。将混合粉料放入聚酯罐中，加入去离子水和氧化锆球，料，水，球的质量比为I : 7 7，在行星式球磨机上球磨4 6小时小时，转速为1000转/分。再将球磨后的原料于1500W红外干燥箱里烘干，烘干后将原料过40目筛。过筛后的粉料在900°C下预烧3小时，并在此温度下保温4小时,合成主晶相。再将预烧粉料粉碎，按Li2ZnTi308-mwt% M的比例向其中加入mwt%M，其中，M 外加烧结助剂，为 H3BO3 或者 ZBS (60wt% Zn0-30wt% B2O3-IOwt % SiO2),0彡m彡10，m为外加烧结助剂的质量百分比；配成粉料后，按照粉料和酒精的重量比为I I向粉料中加入酒精，球磨6 12小时小时，烘干后外加质量百分比为6 10%的石腊作为粘合剂造粒，过80目筛后,用粉末压片机在6MPa压强下压成①IOmmX 5mm的圆柱。再将生坯于860 920°C烧结，保温2 6小时小时，制得微波介质陶瓷。最后通过网络分析仪测试制品的微波介电性能。本发明具体实施例制备工艺的有关技术参数详见表I。表I
权利要求
1.一种低温烧结锂锌钛系微波介质陶瓷，由Li2ZnTi3O8-Hiwt^ M组成，其中，M为外加烧结助剂，为H3BO3或者ZBS，0≤m≤10，m为外加烧结助剂的质量百分比；所述 ZBS 为 60wt% Zn0-30wt% B2O3-IOwt % SiO2。
2.权利要求I的低温烧结锂锌钛系微波介质陶瓷的制备方法，具有以下步骤。
(1)将原料Li2C03、Zn0、Ti02 按摩尔比 Li2CO3 ZnO TiO2 = I I 3 称量配料; (2)将步骤(I)配制的粉料放入球磨罐中，加入氧化锆球和去离子水，料，水，球的质量比为I : 7 7,球磨4 6小时；将球磨后的原料置于红外干燥箱中烘干,烘干后过40目筛，获得颗粒均匀的粉料； (3)将步骤(2)处理好的粉料在900°C下预烧3小时，并在此温度下保温4小时，合成主晶相；再将预烧粉料粉碎，按Li2ZnTi3O8-Hiwt % M的比例向其中加入mwt % M，其中，M为外加烧结助剂，为H3BO3或者ZBS，0彡m彡10，m为外加烧结助剂的质量百分比；所述 ZBS 为 60wt% Zn0-30wt% B2O3-IOwt % SiO2。
(4)将步骤(3)所得产物放入球磨罐中，按照粉料和酒精的重量比为I: I向粉料中加入酒精，球磨6 12小时，烘干后外加质量百分比为6 10%的石蜡作为粘合剂造粒，过80目筛后，用粉末压片机压力成型； (5)将步骤(4)成型后的生坯于840 920°C烧结，保温2 6小时，制得微波介质陶瓷； (6)测试微波介质陶瓷的微波介电性能。
3.根据权利要求2的低温烧结锂锌钛系微波介质陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤(I)的化学原料Li2CO3' ZnO和TiO2的纯度大于99. 9%0
4.根据权利要求2的低温烧结锂锌钛系微波介质陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤⑷压片机的工作压强为4 610^,生还规格为①10mmX5mm的圆柱体。
5.根据权利要求2的低温烧结锂锌钛系微波介质陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)和步骤(4)的球磨采用行星式球磨机，转速为1000转/分。
6.根据权利要求2的低温烧结锂锌钛系微波介质陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)是通过网络分析仪测试微波介质陶瓷的微波介电性能。
7.根据权利要求2的低温烧结锂锌钛系微波介质陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)优选的烧结温度为880-900°C，保温4小时。
8.根据权利要求2的低温烧结锂锌钛系微波介质陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)优选的球磨时间为6小时。
9.根据权利要求2的低温烧结锂锌钛系微波介质陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤⑷优选的球磨时间为6小时，石蜡加入量为8%。
全文摘要
本发明公开了一种低温烧结锂锌钛系微波介质陶瓷，由Li2ZnTi3O8-mwt％M组成，其中，M为外加烧结助剂，为H3BO3或者ZBS，0≤m≤10，m为外加烧结助剂的质量百分比；所述ZBS为60wt％ZnO-30wt％B2O3-10wt％SiO2。先按Li2CO3、ZnO、TiO2摩尔比配料，经球磨、烘干、900℃预烧、再加入烧结助剂二次配料、最后于840～920℃烧结，制得微波介质陶瓷。本发明制备工艺简单，过程无污染，成功地将烧结温度降至900℃以下，改善了其谐振频率温度系数，是一种理想的LTCC(低温共烧陶瓷)材料。
文档编号H01B3/12GK102617127SQ20121008059
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月23日 优先权日2012年3月23日
发明者华燕波, 夏往所, 张平, 李玲霞 申请人:天津大学