[发明专利]一种低温烧结低损耗微波介质陶瓷材料

说明书

技术领域

本发明属于一种以成分为特征的陶瓷组合物，特别涉及一种低温烧结低损耗微波介质陶瓷材料。

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-temperature co-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℃)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℃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。

ZnTiNb₂O₈系陶瓷有着相对较低的烧结温度(1080℃)，有望在掺杂少量烧结助剂的情况下实现低温烧结，与此同时保持相对较好的介电性能。

发明内容

本发明的目的，在ZnTiNb₂O₈系陶瓷的基础上，使用B₂O₃做为烧结助剂，提供一种低温烧结的低损耗微波介质陶瓷材料及其制备方法，并同时保持相对较好的介电性能。

本发明通过如下技术方案予以实现。

一种低温烧结低损耗微波介质陶瓷材料，化学式Ni_0.04Zn_0.96TiNb₂O₈+(1～4)wt％B₂O₃；

该低温烧结低损耗微波介质陶瓷材的制备方法，具有如下步骤：

(1)将化学原料ZnO、NiO、Nb₂O₅和TiO₂分别按Ni_0.04Zn_0.96TiNb₂O₈化学计量比称量配料。

(2)将步骤(1)配置好的化学原料混合，放入球磨罐中，再加入氧化锆球和去离子水，球磨4～6小时，再将球磨后的原料于红外干燥箱中烘干，过筛；

(3)将步骤(2)混合均匀的粉料于850℃煅烧，保温3小时，合成前驱体；

(4)在步骤(3)合成的前驱体中外加质量百分比为0.70～1.05％的聚乙烯醇和质量百分比为(1～4)％的B₂O₃，放入球磨罐中，再加入氧化锆球和去离子水，球磨8～12小时，烘干后过筛，再用粉末压片机压力成型为坯体；

(5)将坯体于900～940℃烧结，保温3～6小时，制成低温烧结低损耗微波介质陶瓷材料；

(6)采用网络分析仪测试低温烧结低损耗微波介质陶瓷材料的微波介电性能。

所述步骤(1)的化学原料的纯度大于99.9％。

所述步骤(4)的粉末压片机以3～7MPa的压力成型，坯体为Φ10mm×5mm的圆柱体；

所述步骤(5)优选的烧结温度为940℃。

本发明的Ni_0.04Zn_0.96TiNb₂O₈+(1～4)wt％B₂O₃低温烧结低损耗微波介质陶瓷材料，其烧结温度为900～940℃，介电常数为30～36，品质因数为32,100～39,500GHz，谐振频率温度系数为-32～-39×10^-6/℃。此外，本发明的制备工艺简单，过程无污染，具有广阔的应用前景。

具体实施方式

本发明采用纯度大于99.9％的化学原料ZnO、NiO、Nb₂O₅、TiO₂和B₂O₃制备Ni_0.04Zn_0.96TiNb₂O₈+(1～4)wt％B₂O₃微波介质陶瓷，具体实施例如下：

实施例1

1)将ZnO、NiO、Nb₂O₅、TiO₂分别按摩尔比0.96:0.04:1:1称量配料；