一种锌硼二元超低温烧结微晶玻璃及其制备方法和应用

本发明属于微晶玻璃领域，尤其涉及一种锌硼二元超低温烧结微晶玻璃及其制备方法和应用。

背景技术：

1、超低温共烧陶瓷(ultra low temperature co-fired ceramic；ultcc)技术是一种实现高密度封装和电子元器件集成化、小型化、轻量化，提高电子设备可靠性和高效性的新兴技术。它由ltcc技术进一步向低温制备发展而来，以节约能源，提高集成度，拓宽应用范围。一种具有低温烧结特性和优异微波介电性能的电介质材料，是实现ultcc应用的基础。其中，ultcc基板要求材料在微波频率下具有低介电常数(εr<10)以降低信号延时，高品质因数(q×f≥10,000)以确保信号传输质量以及信号选择性，接近于0的谐振频率温度系数(τf～0)以确保介电性能的温度稳定性。同时ultcc基板材料还需要有超低的烧结温度(<660℃)以及与电极材料的化学相容性以与银铜等电极材料共烧。近年来ultcc基板材料主要集中于具备超低烧结温度的钒酸盐、碲酸盐以及钼酸盐等陶瓷材料，其优点在于优异的微波介电性能，但同时较为活泼的化学特性使得这些陶瓷材料易于同电极材料等发生反应，化学相容性较差。因此，以传统微波介电陶瓷中的晶体相为主晶相的微晶玻璃材料，成为实现ultcc应用的重要候选。尤其是具有本征低熔点特性的硼酸盐微晶玻璃，磷酸盐微晶玻璃等成为当前ultcc材料的研究热点。

2、因此，开发一种能够超低温烧结、微波性能优异、组成简单、低成本、易于制备的新型微晶玻璃ultcc材料，并且实现与铝、银等常用电极共烧，对电子器件的小型化、轻型化及多功能化等方面具有重要意义。

技术实现思路

1、针对现有技术不足，本发明的目的在于提出一种锌硼二元超低温烧结微晶玻璃及其制备方法和应用。本发明提供了一种可以在超低温度(640℃)下烧结的用于ultcc基板的微波介电微晶玻璃材料，为ultcc材料提供了一种新的选择。

2、本发明的目的通过以下技术方案实现：

3、一种锌硼二元超低温烧结微晶玻璃，主晶相为zn4b6o13晶体和zn3b2o6晶体中的至少一种，结晶度在90％以上。

4、上述一种锌硼二元超低温烧结微晶玻璃的制备方法，包括如下步骤：

5、(1)按照b2o3的摩尔百分数占比为25～60mol％，zno的的摩尔百分数占比为75～40mol％的配比称取原料，将所有的原料称量后混合均匀，得到混合料；

6、(2)步骤(1)所述混合料与乙醇加入混合罐中，进行混料，得到均匀混合料浆，然后烘干，得到烘干后混合料；

7、(3)将步骤(2)所述烘干后混合料在1200～1400℃下保温40min后取出，然后水淬得到玻璃渣；

8、(4)将步骤(3)所述的玻璃渣和乙醇装入球磨罐中球磨，得到玻璃粉；

9、(5)将步骤(4)所述的玻璃粉过筛后，压制成玻璃粉末生胚，将玻璃粉末生胚在620～680℃下保温1～10h，再降温至室温，即制备得到所述锌硼二元超低温烧结微晶玻璃。

10、优选的，步骤(2)所述混合料与乙醇的质量比为1：2，所述混料时研磨体与混合料的质量比为5：1。

11、优选的，所述研磨体为氧化锆球。

12、优选的，步骤(2)所述混料的时间为12h。

13、优选的，步骤(2)所述烘干的方式为：在80℃下放置5h。

14、优选的，步骤(4)所述玻璃渣和乙醇的质量比为1：2，所述球磨的研磨体与混合料的质量比为5：1。

15、优选的，所述球磨的研磨体为氧化锆球。

16、优选的，步骤(4)所述球磨的时间为6h。

17、优选的，步骤(5)所述过筛为过200目筛。

18、优选的，步骤(5)所述压制的方式为：在1～5mpa压力下成型。

19、优选的，步骤(5)所述降温的方式为：以2℃/min的速度降至室温。

20、上述一种锌硼二元超低温烧结微晶玻璃作为微波介电材料的应用。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

22、1、本发明所述的用于ultcc基板的微波介电微晶玻璃材料组成简单、制备工艺简便，只包含锌硼两种氧化物。通过对锌硼原料组成的合理配置，实现了微晶玻璃烧结过程和析晶过程的分隔，具有更低的烧结温度和更高的烧结致密化。

23、2、本发明所述的超低温烧结微波介质材料通过微晶玻璃的技术手段，在640℃即可得到具备优异微波介电性能的zn4b6o13晶体，通常该晶体在陶瓷材料中，需要1000℃下的固相反应得到。

24、3、本发明所制备的具有超低烧结温度的ultcc基板微晶玻璃通过分隔烧结过程与析晶过程，得到了细密且均匀分布的“绒毛状”晶体结构及网格状晶体结构，有效增强了微晶玻璃的微波介电性能。

25、4、在微波频率(13ghz)下测得的介电常数为εr＝5.79～6.38，品质因数为q×f＝13,106ghz～20,389ghz，谐振频率温度数系τf＝5.59～-100.21ppm/℃。同时，该微晶玻璃能够同铝、银等电极材料稳定共烧，无反应，不发生明显的元素扩散，其维氏硬度为434～657kgf/mm2，具有优异的化学相容性和机械性能，是一种ultcc基板材料的良好候选。

技术特征：

1.一种锌硼二元超低温烧结微晶玻璃，其特征在于，主晶相为zn4b6o13晶体和zn3b2o6晶体中的至少一种，结晶度在90％以上。

2.权利要求1所述一种锌硼二元超低温烧结微晶玻璃的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述一种锌硼二元超低温烧结微晶玻璃的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述混合料与乙醇的质量比为1：2，所述混料时研磨体与混合料的质量比为5：1。

4.根据权利要求3所述一种锌硼二元超低温烧结微晶玻璃的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述玻璃渣和乙醇的质量比为1：2，所述球磨的研磨体与混合料的质量比为5：1。

5.根据权利要求4所述一种锌硼二元超低温烧结微晶玻璃的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述混料的研磨体为氧化锆球；

6.根据权利要求2～5任一项所述一种锌硼二元超低温烧结微晶玻璃的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述混料的时间为12h。

7.根据权利要求6所述一种锌硼二元超低温烧结微晶玻璃的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述烘干的方式为：在80℃下放置5h。

8.根据权利要求2～5任一项所述一种锌硼二元超低温烧结微晶玻璃的制备方法，其特征在于，步骤(5)所述压制的方式为：在1～5mpa压力下成型；

9.根据权利要求8所述一种锌硼二元超低温烧结微晶玻璃的制备方法，其特征在于，步骤(5)所述过筛为过200目筛；

10.权利要求1所述一种锌硼二元超低温烧结微晶玻璃作为微波介电材料的应用。

技术总结
本发明公开了一种锌硼二元超低温烧结微晶玻璃及其制备方法和应用，所述锌硼二元超低温烧结微晶玻璃的主晶相为Zn<subgt;4</subgt;B<subgt;6</subgt;O<subgt;13</subgt;晶体和Zn<subgt;3</subgt;B<subgt;2</subgt;O<subgt;6</subgt;晶体中的至少一种，结晶度在90％以上。本发明制备方法简单，能够在超低温度(620～680℃)下完成微晶玻璃的烧结致密化，所述微晶玻璃在微波频率(13GHz)下测得的介电常数为εr＝5.79～6.38，品质因数为Q×f＝13,106GHz～20,389GHz，谐振频率温度数系τf＝5.59～‑100.21ppm/℃。该微晶玻璃能够同铝、银等电极材料稳定共烧，无反应不发生明显的元素扩散，化学相容性好，是一种ULTCC基板材料的良好候选。

技术研发人员：王静,高文凯,韩建军,李路瑶
受保护的技术使用者：武汉理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12