[发明专利]一种利用H3BO3掺杂降低刚玉型Mg4Ta2O9微波介质陶瓷烧结温度新方法

说明书

技术领域

本发明属于电子陶瓷制备与应用技术领域，尤其涉及一种利用H₃BO₃掺杂降刚玉型Mg₄Ta₂O₉微波介质陶瓷烧结温度新方法。 

背景技术

随着微波通信事业的迅猛发展，移动通讯、汽车电话、电视卫星、军用雷达、全球定位系统以及便携式电话等领域对小型化、高性能化的微波电路和微波器件的需求日益增加，要求不断开发具有更加优越性能的新型微波介质材料。基于微波介质陶瓷研究动态，日本学者Hitoshi Ohsato结合应用领域需求，将微波介质陶瓷材料分为三类：1)低介电常数类(ε_r<20，Q·?>50,000GHz)；2)中介电常数类(ε_r=20-70，Q·?>20,000GHz)；3)高介电常数类(ε_r>70)。随着无源元件的集成化、模块化的迅猛发展, 亟需开发出新的微波介质材料新体系(尤其是中、高介电常数的瓷料在国内外尚没有很好地被解决)。因此，针对上述应用需求不断开发低温烧结微波介质陶瓷材料新体系，则成为广大研究人员共同面临且亟待解决的问题。 

刚玉型Mg₄Ta₂O₉陶瓷由于其特定的晶体结构，晶胞参数a=b=5.161?，c=14.043?，呈现出良好烧结特性与较好的微波性能。国内外目前关于该体系研究，例如华中科技大学、台湾成功大学及天津大学等单位，均以传统固相法工艺为主，烧结刚玉型Mg₄Ta₂O₉陶瓷温度范围保持在1400-1500℃，微波介电性能为ε_r~12, Q·?~200,000GHz；同时，固相工艺过程中难免对体系引入杂质从而影响材料电学性能。为了实现LTCC应用需求，广大研究人员尝试通过在该体系中实施材料复合思路制备固溶体或者添加第二相玻璃作为助熔剂，降低烧结温度，工艺复杂难以控制，且往往以牺牲其微波介电性能为代价。目前关于该体系刚玉型Mg₄Ta₂O₉陶瓷采用湿化学工艺利用H₃BO₃掺杂改善烧结特性国内外一直尚未见有报道。 

发明内容

本发明的目的是基于降低陶瓷烧结温度的应用需求，在利用湿化学工艺制备刚玉型Mg₄Ta₂O₉微波介质陶瓷基础上，实施H₃BO₃掺杂改善烧结特性；采用湿化学法精细合成其H₃BO₃掺杂后陶瓷粉体，具有合成温度低、陶瓷颗粒均匀、分散性好、物相纯、粉体具有纳米粒度并具有高比表面能，呈现出较高活性等显著优势， H₃BO₃掺杂能够实现进一步低温烧结，烧结温度降低200-300℃，并保持良好微波介电性能。 

 为解决上述技术问题，本发明的技术方案为： 

1、基于湿化学工艺利用H₃BO₃掺杂降低刚玉型Mg₄Ta₂O₉微波介质陶瓷烧结温度新方法，其特征在于包括以下步骤：

1)配制Mg离子的柠檬酸水溶液；

2)配制Ta离子的柠檬酸水溶液；

3) H₃BO₃掺杂Mg-Ta前驱体溶胶凝胶制备、介质陶瓷纳米前驱体的合成及陶瓷烧结；

 (a)将步骤1)、2)制备的Mg柠檬酸水溶液、Ta离子柠檬酸水液混合均匀，获得Mg-Ta混合溶液；

(b)将步骤 (a) 加入H₃BO₃混合均匀，然后加入聚乙二醇进行酯化，聚乙二醇加入的摩尔量为柠檬酸的4-6倍；通过加热、搅拌均匀，得到H₃BO₃掺杂的Mg-Ta前驱体溶胶，置于烘箱内烘干，缩水形成干凝胶；