專(zhuān)利名稱(chēng)：一種鉬基低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鉬基低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材 料。
背景技術(shù)：
微波介質(zhì)陶瓷主要用于制作諧振器、濾波器、振動(dòng)器、介質(zhì)基板、介質(zhì)天線和介質(zhì) 導(dǎo)波等微波元器件，可用于移動(dòng)通訊、衛(wèi)星通訊和軍用雷達(dá)等方面。隨著科學(xué)技術(shù)日新月異 的發(fā)展，通信信息量的迅猛增加，以及人們對(duì)無(wú)線通信的要求，使用衛(wèi)星通訊和衛(wèi)星直播電 視等微波通信系統(tǒng)己成為當(dāng)前通信技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。隨著電子信息技術(shù)不斷向高頻化 和數(shù)字化方向發(fā)展，對(duì)元器件的小型化，集成化以至模塊化的要求也越來(lái)越迫切。有人曾預(yù) 言，未來(lái)的電子工業(yè)將簡(jiǎn)化為裝配工業(yè)-把各種功能模塊組裝在一起即可。低溫共燒陶瓷 LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics)以其優(yōu)異的電學(xué)、機(jī)械、熱學(xué)及工藝特性，已 經(jīng)成為電子器件模塊化的主要技術(shù)之一，在國(guó)外及我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)迅猛發(fā)展，已形成產(chǎn)業(yè)雛 形。過(guò)去幾年，全球LTCC元件市場(chǎng)產(chǎn)值在手機(jī)、藍(lán)牙及WLAN等無(wú)線通訊產(chǎn)品的推動(dòng)下快速 增長(zhǎng)，預(yù)估未來(lái)市場(chǎng)表現(xiàn)也將持續(xù)亮麗。目前國(guó)內(nèi)已有多家廠商看好該項(xiàng)技術(shù)而積極投入， 然而由于上游材料及相關(guān)技術(shù)被國(guó)外掌控，使得大量供貨的廠商仍在少數(shù)，國(guó)內(nèi)LTCC的發(fā) 展成效將是重要的影響因素之一。LTCC產(chǎn)品性能的優(yōu)劣首先取決于所選用材料的性能。LTCC陶瓷材料主要包括微 波器件材料、封裝材料和LTCC基板材料。介電常數(shù)是LTCC材料最關(guān)鍵的性能。要求介電常 數(shù)在2 20000范圍內(nèi)系列化以適用于不同的工作頻率。例如，相對(duì)介電常數(shù)為3. 8的基 板適用于高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì)；相對(duì)介電常數(shù)為6 80的基板可很好地完成高頻線路的設(shè) 計(jì)；相對(duì)介電常數(shù)高達(dá)20000的基板，則可以使高容性器件集成到多層結(jié)構(gòu)中。高頻化是數(shù) 字產(chǎn)品發(fā)展必然的趨勢(shì)，發(fā)展低介電常數(shù)(低于10)的LTCC材料以滿(mǎn)足高頻和高速的要求 是LTCC材料如何適應(yīng)高頻應(yīng)用的一個(gè)挑戰(zhàn)。為了將性能良好的微波介質(zhì)陶瓷應(yīng)用到LTCC 技術(shù)中，陶瓷的燒結(jié)溫度必須低于所選擇的內(nèi)電極金屬的熔點(diǎn)(例如Ag的熔點(diǎn)為961°C)。大 部分具有良好微波介電性能的微波陶瓷都具有較高的燒結(jié)溫度(一般大于1000°C)。為了將 其燒結(jié)溫度降低到電極金屬熔點(diǎn)以下，一般采取兩種方法細(xì)化初始原料粉體；添加燒結(jié) 助齊U。對(duì)于納米級(jí)別的初始粉體，其陶瓷的燒結(jié)溫度會(huì)比微米級(jí)別粉體顯著降低。但是，納 米粉體的獲得是一個(gè)較為復(fù)雜的過(guò)程，通常需要使用化學(xué)的方法制備，耗時(shí)耗力，不適合工 業(yè)生產(chǎn)。第二種方法是添加低熔點(diǎn)的氧化物、氟化物或者低軟化點(diǎn)的玻璃相。這種方法操 作簡(jiǎn)單，成本較低，適合于工業(yè)生產(chǎn)。其缺點(diǎn)在于，不恰當(dāng)?shù)臒Y(jié)助劑的添加容易引入雜相 物質(zhì)，惡化材料的微波介電性能。對(duì)于特定體系，特定燒結(jié)助劑的添加不僅會(huì)降低其燒結(jié)溫 度，還會(huì)起到調(diào)節(jié)新能的作用。綜上所述，隨著微波介質(zhì)陶瓷廣泛應(yīng)用于介質(zhì)諧振器、濾波器、介質(zhì)波導(dǎo)以及介質(zhì) 基板等領(lǐng)域，為了滿(mǎn)足器件小型化以及集成化的發(fā)展需要，低溫共燒陶瓷技術(shù)(LTCC)以其 不可替代的奇特優(yōu)勢(shì)，逐漸成為器件開(kāi)發(fā)制造的主流技術(shù)。因此，尋找、制備與研究低介電
3常數(shù)(低于10)、低損耗(Qf>5000GHz)、近零諧振頻率溫度系數(shù)(TCF=0ppm/°C)、低燒結(jié)溫度 (低于Ag、Cu、Au、Al等常用金屬的熔點(diǎn))且跟金屬電極燒結(jié)匹配、低成本(不含或者含有少 量貴重金屬)、環(huán)保(至少無(wú)鉛，盡量不含或者含有較少有毒原材料)的微波介質(zhì)陶瓷成為了 人們當(dāng)前研究的熱點(diǎn)與重點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種鉬基低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在 的微波介質(zhì)陶瓷性能不夠理想的問(wèn)題。為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種鉬基低溫?zé)Y(jié) 微波介質(zhì)陶瓷材料，其特征在于該陶瓷材料結(jié)構(gòu)表達(dá)式為(Lai_xNdx)2MO3012，其中 0. 0 彡 χ 彡 1. 0。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是
1、所提供的微波介質(zhì)陶瓷材料性能優(yōu)良它燒結(jié)后的相對(duì)介電常數(shù)為8. 2 10. 1，低 的低頻介電損耗(tan δ <5X IO"4, IMHz),良好的微波性能(Qf=60，000 80，000 GHz)，使用 頻率可達(dá)10 GHz以上，諧振頻率溫度系數(shù)為-80 -60 ppm/°C。2、該陶瓷材料不需要添加任何助燒劑就可以在900 1000 0C燒結(jié)，其最低燒結(jié) 溫度低至900 0Co3、制備工藝簡(jiǎn)單由于化學(xué)組成簡(jiǎn)單，物相單一，可采用最簡(jiǎn)單有效的固相反應(yīng)燒 結(jié)的方法來(lái)制備。4、應(yīng)用范圍寬該陶瓷材料不僅適用于普通微波基板、微波天線等高頻端微波元 器件的生產(chǎn)制備，更適用于LTCC技術(shù)的應(yīng)用需要，擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍。
具體實(shí)施例方式
下面對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明的新型鉬基低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料的配方表達(dá)式為 (LahNdx)2Mo3O12,其中 0·0<χ<1·0。鉬基低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料的制備方法，按傳統(tǒng)固相反應(yīng)燒結(jié)的方法進(jìn)行
1)將化學(xué)原料MoO3、La2O3和Nd2O3按配方通式(LahNdx)2Mo3O12配料，其中 0. 0 彡 χ 彡 1. 0 ；
2)將步驟1)配料混合，球磨5 8個(gè)小時(shí)，在100 2000C下烘干，過(guò)篩200目后壓 制成塊狀體；
3)將步驟2)的塊狀體經(jīng)700°C 900°C預(yù)燒，并保溫4 6小時(shí)，得到樣品燒塊；
4)將樣品燒塊粉碎，并經(jīng)過(guò)5 6個(gè)小時(shí)的二次球磨，在100 200°C下烘干、造粒， 造粒后經(jīng)60目與120目篩網(wǎng)雙層過(guò)篩，得到瓷料粉末；
5)將瓷料粉末壓制成型，在900 10000C下燒結(jié)2 4個(gè)小時(shí)成瓷，即可得到鉬基低 溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料。本發(fā)明的低溫?zé)Y(jié)鉬基微波介質(zhì)陶瓷材料其主要特點(diǎn)是以低熔點(diǎn)氧化物MoO3作 為主元，使得在低溫下燒結(jié)這種介質(zhì)陶瓷材料成為可能。本發(fā)明根據(jù)晶體化學(xué)原理和電介 質(zhì)有關(guān)理論，以缺陷白鎢礦組成(Ln2/3？ 1/3)Mo04 (其中Ln=La3+或Nd3+，？？表示空位)為基 礎(chǔ)，通過(guò)La+3和Nd+3離子的組合來(lái)占據(jù)A位，使用高價(jià)態(tài)的Mo6+離子占據(jù)B位，同時(shí)在A位存在一個(gè)有序的空位，使得晶胞相應(yīng)的擴(kuò)展為原來(lái)的3倍，成為L(zhǎng)n2 ？ Mo3O12 (其中Ln=La3+ 或Nd3+，？？表示空位)。在沒(méi)有添加任何燒結(jié)助劑的前提下，可以在較低的溫度范圍(900 1000。c)內(nèi)燒結(jié)出致密的且有著優(yōu)良微波介電性能的新型功能陶瓷，這類(lèi)陶瓷可以作為射 頻多層陶瓷電容器、介質(zhì)基板、片式微波介質(zhì)諧振器或?yàn)V波器、低溫共燒陶瓷系統(tǒng)(LTCC)、 陶瓷天線、多芯片組件(MCM)等介質(zhì)材料使用。實(shí)施例1
將分析純度的原料MoO3和La2O3按配方La2Mo3O12配制。配制后充分混合球磨4個(gè)小 時(shí)，然后烘干、過(guò)篩、壓塊，經(jīng)800 0C預(yù)燒4個(gè)小時(shí)，然后將預(yù)燒后的塊狀樣品粉碎后再進(jìn)行 二次球磨5小時(shí)，磨細(xì)烘干后造粒，經(jīng)60目與120目篩網(wǎng)雙層過(guò)篩，即可得到所需瓷料。將 瓷料按需要壓制成型(片狀或者柱狀)，然后在900 1000 0C空氣下燒結(jié)2 3h成瓷，即可 得到鉬基低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料。該組陶瓷材料的性能達(dá)到如下指標(biāo)
900 1000 °(空氣中燒結(jié)成瓷，微波下的介電性能ε,=10. 1 (12.5 GHz)，品質(zhì)因子 Q=4, 800，Qf=60, 000 GHz，微波下的諧振頻率溫度系數(shù) TCF=_80 ppm/°C (25 85 °C)。實(shí)施例2:
將分析純度的原料Mo03、La2O3和Nd2O3按配方(Laa9Ndai)2Mo3O12配制。配制后充分混 合球磨4個(gè)小時(shí)，然后烘干、過(guò)篩、壓塊，經(jīng)800 0C預(yù)燒4個(gè)小時(shí)，然后將預(yù)燒后的塊狀樣品 粉碎后再進(jìn)行二次球磨5小時(shí)，磨細(xì)烘干后造粒，經(jīng)60目與120目篩網(wǎng)雙層過(guò)篩，即可得到 所需瓷料。將瓷料按需要壓制成型(片狀或者柱狀)，然后在900 1000 °C空氣下燒結(jié)2 3個(gè)小時(shí)成瓷，即可得到鉬基低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料。該組陶瓷材料的性能達(dá)到如下指標(biāo)
900 1000 °(空氣中燒結(jié)成瓷，微波下的介電性能、=9. 9 (13. 1GHz)，品質(zhì)因子 Q=4，850，Qf=63，500 GHz，微波下的諧振頻率溫度系數(shù) TCF=_77 ppm/°C (25 85 °C)。實(shí)施例3:
將分析純度的原料Mo03、La2O3和Nd2O3按配方(Laa75Nda25)2Mo3O12配制。配制后充分混 合球磨4個(gè)小時(shí)，然后烘干、過(guò)篩、壓塊，經(jīng)800 0C預(yù)燒4個(gè)小時(shí)，然后將預(yù)燒后的塊狀樣品 粉碎后再進(jìn)行二次球磨5小時(shí)，磨細(xì)烘干后造粒，經(jīng)60目與120目篩網(wǎng)雙層過(guò)篩，即可得到 所需瓷料。將瓷料按需要壓制成型(片狀或者柱狀)，然后在900 1000 °C空氣下燒結(jié)2 3個(gè)小時(shí)成瓷，即可得到鉬基低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料。該組陶瓷材料的性能達(dá)到如下指標(biāo)
900 1000 °(空氣中燒結(jié)成瓷，微波下的介電性能、=9. 6 (13. 7GHz)，品質(zhì)因子 Q=4, 760, Qf=65, 200 GHz，微波下的諧振頻率溫度系數(shù) TCF=_75 ppm/°C (25 85 °C)。實(shí)施例4:
將分析純度的原料Mo03、La2O3和Nd2O3按配方(Laa5Nda5)2Mo3O12配制。配制后充分混 合球磨4個(gè)小時(shí)，然后烘干、過(guò)篩、壓塊，經(jīng)800 0C預(yù)燒4個(gè)小時(shí)，然后將預(yù)燒后的塊狀樣品 粉碎后再進(jìn)行二次球磨5小時(shí)，磨細(xì)烘干后造粒，經(jīng)60目與120目篩網(wǎng)雙層過(guò)篩，即可得到 所需瓷料。將瓷料按需要壓制成型(片狀或者柱狀)，然后在900 1000 °C空氣下燒結(jié)2 3個(gè)小時(shí)成瓷，即可得到鉬基低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料。該組陶瓷材料的性能達(dá)到如下指標(biāo)
5900 1000 °(空氣中燒結(jié)成瓷，微波下的介電性能、=9. 1 (14. 2GHz)，品質(zhì)因子 Q=5, 070，Qf=72, 000 GHz，微波下的諧振頻率溫度系數(shù) TCF=_70 ppm/°C (25 85。C)。實(shí)施例5
將分析純度的原料Mo03、La2O3和Nd2O3按配方(Laa25Nda 75) 2Mo3012配制。配制后充分混 合球磨4個(gè)小時(shí)，然后烘干、過(guò)篩、壓塊，經(jīng)850 0C預(yù)燒4個(gè)小時(shí)，然后將預(yù)燒后的塊狀樣品 粉碎后再進(jìn)行二次球磨5小時(shí)，磨細(xì)烘干后造粒，經(jīng)60目與120目篩網(wǎng)雙層過(guò)篩，即可得到 所需瓷料。將瓷料按需要壓制成型(片狀或者柱狀)，然后在900 1000 °C空氣下燒結(jié)2 3個(gè)小時(shí)成瓷，即可得到鉬基低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料。該組陶瓷材料的性能達(dá)到如下指標(biāo)
900 1000 °(空氣中燒結(jié)成瓷，微波下的介電性能、=8. 6 (14.9GHz)，品質(zhì)因子 Q=5, 120, Qf=76, 300 GHz，微波下的諧振頻率溫度系數(shù) TCF=_65 ppm/°C (25 85。C)。實(shí)施例6
將分析純度的原料Mo03、La2O3和Nd2O3按配方(LaaiNda9)2Mo3O12配制。配制后充分混 合球磨4個(gè)小時(shí)，然后烘干、過(guò)篩、壓塊，經(jīng)850 0C預(yù)燒4個(gè)小時(shí)，然后將預(yù)燒后的塊狀樣品 粉碎后再進(jìn)行二次球磨5小時(shí)，磨細(xì)烘干后造粒，經(jīng)60目與120目篩網(wǎng)雙層過(guò)篩，即可得到 所需瓷料。將瓷料按需要壓制成型(片狀或者柱狀)，然后在900 1000 °C空氣下燒結(jié)2 3個(gè)小時(shí)成瓷，即可得到鉬基低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料。該組陶瓷材料的性能達(dá)到如下指標(biāo)
900 1000 °(空氣中燒結(jié)成瓷，微波下的介電性能ε,=8. 4 (15. 4GHz)，品質(zhì)因子 Q=5, 070，Qf=78, 100 GHz，微波下的諧振頻率溫度系數(shù) TCF=_62 ppm/°C (25 85。C)。實(shí)施例7
將分析純度的原料MoO3和Nd2O3按配方Nd2Mo3O12配制。配制后充分混合球磨4個(gè)小時(shí)， 然后烘干、過(guò)篩、壓塊，經(jīng)850 0C預(yù)燒4個(gè)小時(shí)，然后將預(yù)燒后的塊狀樣品粉碎后再進(jìn)行二 次球磨5小時(shí)，磨細(xì)烘干后造粒，經(jīng)60目與120目篩網(wǎng)雙層過(guò)篩，即可得到所需瓷料。將瓷 料按需要壓制成型(片狀或者柱狀)，然后在920 1000 0C空氣下燒結(jié)2 3個(gè)小時(shí)成瓷， 即可得到鉬基低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料。該組陶瓷材料的性能達(dá)到如下指標(biāo)
920 1000 °(空氣中燒結(jié)成瓷，微波下的介電性能、=8. 2 (15.9GHz)，品質(zhì)因子 Q=5, 050，Qf=80, 000 GHz，微波下的諧振頻率溫度系數(shù) TCF=_80 ppm/°C (25 85。C)。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定 本發(fā)明的具體實(shí)施方式
僅限于此，對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫 離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單的推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所 提交的權(quán)利要求書(shū)確定專(zhuān)利保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種鉬基低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料，其特征在于該陶瓷材料結(jié)構(gòu)表達(dá)式為(La1 xNdx)2Mo3O12, 其中0.0≤x≤1.0。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種鉬基低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的微波介質(zhì)陶瓷性能不夠理想的問(wèn)題。本發(fā)明提供的鉬基低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷材料的結(jié)構(gòu)表達(dá)式為(La1-xNdx)2Mo3O12,其中0.0≤x≤1.0。本發(fā)明的低溫?zé)Y(jié)鉬基微波介質(zhì)陶瓷材料具有以下優(yōu)點(diǎn)1、相對(duì)介電常數(shù)低(8.2～10.1)，低頻下介電損耗小(tanδ<5×10-4，1MHz)，微波品質(zhì)因數(shù)高(Qf=60,000～80,000GHz)，使用頻率可達(dá)10GHz以上，諧振頻率溫度系數(shù)為-80～-60ppm/oC；2、燒結(jié)溫度低(900～1000oC)；3、制備工藝簡(jiǎn)單；4、應(yīng)用范圍寬。
文檔編號(hào)C04B35/50GK101891476SQ20101022878
公開(kāi)日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月16日
發(fā)明者周迪, 龐利霞 申請(qǐng)人:西安工業(yè)大學(xué)