一种低温烧结微波陶瓷材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于电子功能陶瓷与元器件技术领域，涉及微波器件及电路，具体提供一种低温烧结微波陶瓷材料及其制备方法，用以克服现有低温烧结微波陶瓷温度系数未调零的缺点；本发明专利技术微波陶瓷材料的化学表达式为：Ca5+ACo4+BV6+CO24－XCaTiO3，其中A+B+C＝‑0.05，‑0.05≤A≤0，‑0.05≤B≤0，‑0.05≤C≤0，2wt％<X≤10wt％；该微波陶瓷能与金属银共烧并且不与银发生化学反应，并且能够实现谐振频率温度系数为：‑10ppm/℃～+10ppm/℃，即零温度系数；同时，该材料具备烧结温度低的特性，不需添加任何助烧剂，有效防止了助烧剂造成其介电性能恶化的发生，并保持较高的致密度和瓷体强度，制备工艺简单、环保节能、重复好、且成本低廉，易于实现工业化生产。

Low temperature sintered microwave ceramic material and preparation method thereof

The invention belongs to the technical field of electronic ceramic components and functions involving microwave circuits and devices, a low temperature sintering microwave ceramic material and preparation method thereof to provide specific, in order to overcome the existing low temperature sintering microwave ceramic temperature coefficient of zero defect; the invention of microwave ceramic chemical expression is: Ca5+ACo4+BV6+CO24 XCaTiO3, A+B+C = 0.05, 0.05 = A = 0 = B = 0, 0.05,, 0.05 = C = 0, 2wt%< X = 10wt%; the microwave ceramic and metal silver cofiring and does not react with silver, and can achieve the temperature coefficient of resonant frequency for: 10ppm/ to +10ppm/ DEG C. The zero temperature coefficient; at the same time, the material has the characteristics of low sintering temperature, without adding any additives, can effectively prevent the occurrence of sintering aids caused by dielectric performance deterioration, and maintain a high The invention has the advantages of simple preparation process, environmental protection, energy saving, good repetition, low cost and easy realization of industrial production.

【技术实现步骤摘要】
一种低温烧结微波陶瓷材料及其制备方法
本专利技术属于电子功能陶瓷与元器件
，尤其是微波器件及电路，涉及一种低温烧结微波陶瓷材料及其制备方法。
技术介绍
微电子器件和集成器件的快速发展对电子设备小型化、轻量化提出了高的要求，单一的有源器件集成已经无法满足生成应用，无源器件必须小型化成为一种趋势，但传统所用大体积的金属谐振腔使微带电路的集成变得困难。微波多芯片组件(MMCM)模块因具有重量轻，体积小，成本低和可靠性高的技术特点而被广泛应用，实现这一技术的有效途径是发展多层式元件。低温共烧陶瓷(LowTemperatureCo-firedCeramics，LTCC)技术因为其具有较高的集成密度、较好的高频特性等优点，已经成为实现当前电子元器件集成化的一种主要方式。LTCC技术采用的多层布线结构是一种三维立体组装的无源器件集成及无源器件混合集成技术，能够实现无源元件(电阻、电容、电感、滤波器)与传输线的集成，又可表面贴装IC，为实现期间的小型化、多重功能的模块化和提高信号的可靠性方面扮演了重要的角色。LTCC技术使用的互联导体一般具有优异导电性的银金属，其熔点约为961℃，这就要求应用在LTCC技术上的陶瓷材料必须要在950℃以下烧结致密，另外，应用在LTCC技术上的微波陶瓷材料还应具有以下特点：(1)适宜的介电常数以有利于器件的小型化；(2)高的品质因数以降低损耗，一般要求Q×f≥20000GHz；(3)近零的温度系数(10～+10ppm/℃)以有利于温度稳定性。然而，许许多多的高温烧结微波陶瓷为了满足LTCC的温度要求(烧结致密温度低于950℃)都必须添加助烧剂(B2O3、玻璃和V2O5等低熔点氧化物)，例如在OhsatoH,OhhashiT,KatoH,etal.MicrowaveDielectricPropertiesandStructureoftheBa6-3xSm8+2xTi18O54SolidSolutions[J].JapaneseJournalofAppliedPhysics,1995,34(1):187-191中报道，Ba6-3xSm8+2xTi18O54通过添加0.5wt％B2O3将烧结温度从1733K降到1473K，同时也降低了品质因数和介电常数，这就是典型的牺牲微波介电性能换取低温烧结的案例。由此可知，助烧剂虽然能起到降烧的效果，但助烧剂的添加，会恶化其微波介电性能，同时降低致密度和瓷体强度；添加助烧剂所形成的结构难于控制，制备工艺相对复杂，通常助烧剂都必须单独制备，如经过玻璃熔融过程，在此过程中不仅增加了工艺的复杂性，并且需耗费大量能源增加了能耗。因此开发出低温烧结微波陶瓷已经成了一种趋势。钒酸盐体系是一种新型LTCC微波介质材料，不仅烧结温度低，并且具有Q×f值高的优点，近几年逐渐地被人们所关注。例如在JournaloftheAmericanCeramicSociety,2013,96(6):1691-1693《NovelSeriesofLow‐FiringMicrowaveDielectricCeramics:Ca5A4(VO4)6(A2+＝Mg,Zn)》报道，Ca5Zn4(VO4)6和Ca5Mg4(VO4)6微波陶瓷在725℃和800℃下烧结的微波介电性能：介电常数11.7和9.2、品质因数Q×f＝49400GHz和53300GHz、温度系数-83ppm/℃和-50ppm/℃；在JournalofMaterialsScience:MaterialsinElectronics2016,27(7):7292-7296《MicrowavedielectricpropertiesoflowtemperaturesinteringCa5Mn4(VO4)6》报道，Ca5Mn4(VO4)6的微波介电性能：介电常数11.7、品质因数Q×f＝33800GHz，温度系数-70ppm/℃。尽管上述钒酸盐体系微波陶瓷能够满足LTCC的温度要求(烧结致密温度低于950℃)，但无法满足近零的温度系数的要求，严重限制了其在微波器件的应用，由此研究出满足LTCC技术的各项要求的微波陶瓷已经成为了迫切的需要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种低温烧结微波陶瓷材料及其制备方法，用以克服现有低温烧结微波陶瓷温度系数未调零的缺点；该微波陶瓷材料的化学表达式为：Ca5+ACo4+BV6+CO24－XCaTiO3，其中A+B+C＝-0.05，-0.05≤A≤0，-0.05≤B≤0，-0.05≤C≤0，0<X≤15；该微波陶瓷能与金属银共烧并且不与银发生化学反应，并且能够实现谐振频率温度系数为：-10ppm/℃～+10ppm/℃，同时，制备工艺简单、成本低、重复好、易于工业化生产。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种低温烧结微波陶瓷材料，其特征在于，所述微波陶瓷材料的化学表达式为：Ca5+ACo4+BV6+CO24－XCaTiO3，其中A+B+C＝-0.05，-0.05≤A≤0，-0.05≤B≤0，-0.05≤C≤0，2wt％<X≤10wt％(尤其4wt％<X≤8wt％)。所述微波介质陶瓷的主晶相为Ca5Co4(VO4)6，次晶相为CaTiO3。上述低温烧结微波陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1：以CaCO3、Co2O3、V2O5和CaTiO3为原料，按照摩尔比CaCO3：Co2O3：V2O5＝5+A：4+B：6+C进行配料，混合均匀得到混合料，其中，A+B+C＝-0.05，-0.05≤A≤0，-0.05≤B≤0，-0.05≤C≤0，2wt％<X≤10wt％；步骤2：将步骤1所得混合料依次经过球磨、烘干、过筛，得到干燥粉体；并于750～850℃温度下预烧4～6h，得到预烧料；步骤3：将步骤2所得预烧料再依次经过球磨、烘干、过筛，得到二次球磨料；步骤4：将步骤3所得二次球磨料添加5～10wt％的粘结剂PVA混合后造粒、成型得到生坯；步骤5：将步骤4所得生坯在温度为900～950℃、气氛为空气的条件下烧结1～7h，得到所述微波陶瓷材料。进一步的，所述步骤2和步骤3中，球磨时间均为：4～7h，烘干温度均为：80～100℃。所述步骤4中，造粒尺寸为100～250目，于20MPa的压力下成型。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供一种低温烧结微波陶瓷材料及其制备方法，该微波陶瓷材料能够实现谐振频率温度系数为：-10ppm/℃～+10ppm/℃，即零温度系数；该材料具备烧结温度低的特性(烧结温度<950℃)，不需添加任何助烧剂，有效防止了助烧剂造成其介电性能恶化的发生，并保持较高的致密度和瓷体强度；同时，有效避免了添加助烧剂所形成的复相结构难于控制、制备工艺复杂(助烧剂必须单独制备，如经过玻璃熔融过程)等问题；综上，本专利技术提供一种零温度系数低温烧结微波介质，同时，该微波陶瓷材料制备工艺简单、环保节能、重复好、且成本低廉，易于实现工业化生产。附图说明图1为实施例1制备得微波陶瓷材料Ca5+ACo4+BV6+CO24－XCaTiO3的XRD衍射分析图。图2为实施例1制备得微波陶瓷材料Ca5+ACo4+BV6+CO24－XCaTiO3的SEM电子显微镜图。具体实施方式下面结合具体实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低温烧结微波陶瓷材料，其特征在于，所述微波陶瓷材料的化学表达式为：Ca5+ACo4+BV6+CO24－XCaTiO3，其中A+B+C＝‑0.05，‑0.05≤A≤0，‑0.05≤B≤0，‑0.05≤C≤0，2wt％<X≤10wt％。

【技术特征摘要】
1.一种低温烧结微波陶瓷材料，其特征在于，所述微波陶瓷材料的化学表达式为：Ca5+ACo4+BV6+CO24－XCaTiO3，其中A+B+C＝-0.05，-0.05≤A≤0，-0.05≤B≤0，-0.05≤C≤0，2wt％<X≤10wt％。2.按权利要求1所述低温烧结微波陶瓷材料，其特征在于，所述微波陶瓷材料的主晶相为Ca5Co4(VO4)6，次晶相为CaTiO3。3.按权利要求1所述低温烧结微波陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1：以CaCO3、Co2O3、V2O5和CaTiO3为原料，按照摩尔比CaCO3：Co2O3：V2O5＝5+A：4+B：6+C进行配料，混合均匀得到混合料，其中，A+B+C＝-0.05，-0.05≤A≤0，-0.05≤B≤0，-0.05≤C≤...

【专利技术属性】
技术研发人员：李波，郑景国，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51