[发明专利]低温烧结锂镁钛系微波介质陶瓷

说明书

技术领域

本发明属于电子信息材料与元器件领域，尤其涉及一种新型低温烧结微波介质陶瓷锂镁钛(Li₂MgTi₃O₈)系及其制备方法。

背景技术

目前，移动通信设备向着小型高集成、轻量高可靠、低成本的方向发展。这要求微波电路必须采用性能更加优异的陶瓷材料和更加先进的生产制备工艺，这也是对作为微波电路基础的微波介质陶瓷的介电性能提出了更高的要求。低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired ceramics,LTCC)技术可以进行多层结构综合设计，能够有效利用三维空间设计电路，有助于实现各类微波元件的微型集成模块化，这项技术是现代电子工业制备微波电路元器件的重要技术。LTCC技术应用领域，Ag与Cu是常用的电极材料，这两种金属的电导率高，但熔点较低(分别为961℃和1064℃)，这就对LTCC技术的应用提出了一个技术难题：为了实现共烧工艺，生产中使用的微波介质陶瓷材料的烧结温度必须低于电极熔点温度。目前，大多数微波介质陶瓷材料的固有烧结温度都在1200℃以上，不能满足LTCC技术对温度的要求。因此，降低材料烧结温度从而开发能与Ag或Cu共烧的微波介质陶瓷材料，或开发固有烧结温度低、介电性能优异的微波介质陶瓷材料，以上两种研究方向都对促进现代通信发展具有重要意义。

尖晶石结构的Li₂MgTi₃O₈系陶瓷材料具有优良的介电性能、较低的烧结温度和较低的原料成本等优势，这使其在微波通信系统中获得广泛应用。如果能将烧结温度降低至950℃以下，使其可与Ag或Cu共烧，并且保持较高的ε_r和Q×f值，将是理想的LTCC介质材料。

发明内容

本发明的目的，是克服现有技术的烧结温度较高、不能满足LTCC技术对温度的要求的缺点，提供一种以Li₂CO₃、MgO、TiO₂为主要原料、并加入少量的MgO-B₂O₃-SiO₂(MBS)玻璃低熔点烧结助剂、使其烧结温度成功降低至950℃以下、同时保持良好的微波介电性能的Li₂MgTi₃O₈系微波介质陶瓷。

本发明通过如下技术方案予以实现。

一种低温烧结Li₂MgTi₃O₈系微波介质陶瓷，其组成为Li₂MgTi₃O₈-m wt％MBS；

其中，MBS为外加添加剂，即MgO-B₂O₃-SiO₂玻璃低熔点烧结助剂，其原料组分及其质量百分比含量为42％MgO-45％B₂O₃-13％SiO₂；

m为外加添加剂占原料的质量百分比含量，0.5≤m≤8；

该低温烧结Li₂MgTi₃O₈系微波介质陶瓷的制备方法，具有以下步骤：

(1)将化学原料Li₂CO₃、MgO和TiO₂按Li₂MgTi₃O₈的化学计量比称量配料；

(2)将步骤(1)的配料放入球磨罐中，加入氧化锆球和去离子水，球磨6小时，再将球磨后的原料烘干，烘干后过40目筛，获得颗粒均匀的粉料；

(3)将步骤(2)处理好的粉料于900℃预烧3小时并在此温度下保温4小时，合成主晶相，再将预烧后的粉料粉碎，向其中加入原料的重量百分比含量0.5～8 wt％的玻璃低熔点烧结助剂MBS；

(4)将步骤(3)所得产物放入球磨罐中，加入氧化锆球和去离子水，球磨6小时，烘干后外加原料的质量百分比含量6～10％的石蜡作为粘合剂造粒，过80目筛，再用粉末压片机压制成型为坯体。

(5)将步骤(4)的坯体于800～950℃烧结，保温2～6小时，制得低温烧结Li₂MgTi₃O₈系微波介质陶瓷；

(6)采用网络分析仪测试制品的微波介电性能。