低溫燒結鋰鎂鈦系微波介質陶瓷的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種低溫燒結Li2MgTi3O8系微波介質陶瓷，其組成為Li2MgTi3O8-m?wt％MBS；其中，MBS為外加添加劑，即MgO-B2O3-SiO2玻璃低熔點燒結助劑，其原料組分及其質量百分比含量為42％MgO-45％B2O3-13％SiO2；m為外加添加劑占原料的質量百分比含量，0.5≤m≤8。本發明先于900℃預燒并保溫4小時，合成主晶相，再外加MBS，經造粒，壓制成型后，于800～950℃燒結，保溫2～6小時，制得低溫燒結Li2MgTi3O8系微波介質陶瓷。本發明克服了現有技術的燒結溫度較高、不能滿足LTCC技術對溫度要求的缺點，同時保持了良好的微波介電性能。
【專利說明】低溫燒結鋰鎂鈦系微波介質陶瓷
【技術領域】
[0001] 本發明屬于電子信息材料與元器件領域，尤其涉及一種新型低溫燒結微波介質陶 瓷鋰鎂鈦（Li2MgTi308)系及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 目前，移動通信設備向著小型高集成、輕量高可靠、低成本的方向發展。這要求微 波電路必須采用性能更加優異的陶瓷材料和更加先進的生產制備工藝，這也是對作為微波 電路基礎的微波介質陶瓷的介電性能提出了更高的要求。低溫共燒陶瓷（Low Temperature Co-fired ceramics, LTCC)技術可以進行多層結構綜合設計，能夠有效利用三維空間設計電 路，有助于實現各類微波元件的微型集成模塊化，這項技術是現代電子工業制備微波電路 元器件的重要技術。LTCC技術應用領域，Ag與Cu是常用的電極材料，這兩種金屬的電導率 高，但熔點較低（分別為961°C和1064°C )，這就對LTCC技術的應用提出了一個技術難題： 為了實現共燒工藝，生產中使用的微波介質陶瓷材料的燒結溫度必須低于電極熔點溫度。 目前，大多數微波介質陶瓷材料的固有燒結溫度都在1200°C以上，不能滿足LTCC技術對溫 度的要求。因此，降低材料燒結溫度從而開發能與Ag或Cu共燒的微波介質陶瓷材料，或開 發固有燒結溫度低、介電性能優異的微波介質陶瓷材料，以上兩種研究方向都對促進現代 通信發展具有重要意義。
[0003] 尖晶石結構的Li2MgTi308系陶瓷材料具有優良的介電性能、較低的燒結溫度和較 低的原料成本等優勢，這使其在微波通信系統中獲得廣泛應用。如果能將燒結溫度降低至 950°C以下，使其可與Ag或Cu共燒，并且保持較高的％和QX f值，將是理想的LTCC介質 材料。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的，是克服現有技術的燒結溫度較高、不能滿足LTCC技術對溫度的要 求的缺點，提供一種以Li 2C03、MgO、Ti02為主要原料、并加入少量的Mg0-B20 3_Si02(MBS)玻 璃低熔點燒結助劑、使其燒結溫度成功降低至950°C以下、同時保持良好的微波介電性能的 Li2MgTi308系微波介質陶瓷。
[0005] 本發明通過如下技術方案予以實現。
[0006] 一種低溫燒結Li2MgTi308系微波介質陶瓷，其組成為Li 2MgTi308-m wt% MBS ;
[0007] 其中，MBS為外加添加劑，S卩Mg0-B203-Si0 2玻璃低熔點燒結助劑，其原料組分及其 質量百分比含量為42% Mg〇-45% B203-13% Si02 ;
[0008] m為外加添加劑占原料的質量百分比含量，0. 5彡m彡8 ;
[0009] 該低溫燒結Li2MgTi308系微波介質陶瓷的制備方法，具有以下步驟：
[0010] ⑴將化學原料Li2C03、MgO和Ti02按Li2MgTi 308的化學計量比稱量配料；
[0011] (2)將步驟（1)的配料放入球磨罐中，加入氧化鋯球和去離子水，球磨6小時，再將 球磨后的原料烘干，烘干后過40目篩，獲得顆粒均勻的粉料；
[0012] (3)將步驟（2)處理好的粉料于900°C預燒3小時并在此溫度下保溫4小時，合成 主晶相，再將預燒后的粉料粉碎，向其中加入原料的重量百分比含量〇. 5?8 wt%的玻璃 低熔點燒結助劑MBS ;
[0013] (4)將步驟（3)所得產物放入球磨罐中，加入氧化鋯球和去離子水，球磨6小時，烘 干后外加原料的質量百分比含量6?10%的石蠟作為粘合劑造粒，過80目篩，再用粉末壓 片機壓制成型為坯體。
[0014] (5)將步驟⑷的坯體于800?950°C燒結，保溫2?6小時，制得低溫燒結 Li2MgTi308系微波介質陶瓷；
[0015] (6)采用網絡分析儀測試制品的微波介電性能。
[0016] 所述步驟（1)的化學原料的純度大于99. 9%。
[0017] 所述步驟⑷的述體是在6MPa的壓強下壓制成型，為Φ 10mmX5mm的圓柱體。
[0018] 所述步驟（5)的最佳燒結溫度為900°C，保溫4小時。
[0019] 本發明以Li2MgTi308微波介質陶瓷為基礎，采用傳統固相法，加入MBS為燒結 助劑，成功地將其燒結溫度降低至950°C以下，制備了介電常數為20?28,品質因數為 35, 000?48, 910GHz，諧振頻率溫度系數為1. 68ppm/°C?26. 21ppm/°C的微波介質陶瓷。此 夕卜，本發明制備工藝簡單，過程無污染，改善了其諧振頻率溫度系數，是一種理想的LTCC材 料，具有廣泛的應用前景。
【具體實施方式】
[0020] 本發明采用Li2C03、MgO、Ti02分析純原料制備微波介質陶瓷，具體實施例如下：
[0021] 實施例1
[0022] (1)將純度大于 99. 9%的 Li2C03、Mg0 和 Ti02 按摩爾比 Li2C03 :MgO :Ti02 = 1:1:3 配置成主粉體的混合粉料。
[0023] (2)將混合粉料放入聚酯罐中，加入去離子水和氧化鋯球，在行星式球磨機上球磨 6小時，球磨機轉速為1000轉/分；再將球磨后的原料于1500W的紅外干燥箱內烘干，烘干 后將原料過40目篩，獲得顆粒均勻的粉料。
[0024] (3)將過篩后的粉料在900°C下預燒3小時，保溫4小時，合成主晶相；再將預燒粉 料粉碎，稱取20g，加入原料的重量百分比含量0. 5wt %的MBS，二次配料。
[0025] (4)將二次配料處理好的粉料放入行星式球磨機上球磨6小時，球磨機轉速為 1〇〇〇轉/分，在于紅外干燥箱內烘干；再于烘干后的粉料中加入原料的重量百分比含量8% 的粘合劑石錯造粒，在6MPa壓強下壓制成型為Φ 10_X 5mm的圓柱述體。
[0026] (5)將上述述體于950°C燒結，保溫6小時，制得低溫燒結Li2MgTi 308系微波介質 陶瓷。
[0027] (6)采用網絡分析儀測試制品的微波介電性能。該材料的微波介電性能為：~ = 23. 21，QXf = 37668GHz，τ f = 1. 68ppm/°C。
[0028] 實施例2
[0029] (1)將純度大于 99. 9%的 Li2C03、Mg0 和 Ti02 按摩爾比 Li2C03 :MgO :Ti02 = 1:1:3 配置成主粉體的混合粉料。
[0030] (2)將混合粉料放入聚酯罐中，加入去離子水和氧化鋯球，在行星式球磨機上球磨 6小時，球磨機轉速為1000轉/分；再將球磨后的原料于1500W的紅外干燥箱內烘干，烘干 后將原料過40目篩，獲得顆粒均勻的粉料。
[0031] (3)將過篩后的粉料在900°C下預燒3小時，保溫4小時，合成主晶相；再將預燒粉 料粉碎，稱取20g，加入原料的重量百分比含量2. Owt %的MBS，二次配料。
[0032] (4)將二次配料處理好的粉料放入行星式球磨機上球磨6小時，球磨機轉速為 1000轉/分，在于紅外干燥箱內烘干；再于烘干后的粉料中加入原料的重量百分比含量8% 的粘合劑石錯造粒，在6MPa壓強下壓制成型為Φ 10_X 5mm的圓柱述體。
[0033] (5)將上述坯體于925°C燒結，保溫5小時，制得低溫燒結Li2MgTi 308系微波介質 陶瓷。
[0034] (6)采用網絡分析儀測試制品的微波介電性能。該材料的微波介電性能為：~ = 25. 76, QXf = 42561GHz，τ f = 8. 23ppm/°C。
[0035] 實施例3
[0036] (1)將純度大于 99. 9%的 Li2C03、Mg0 和 Ti02 按摩爾比 Li2C03 :MgO :Ti02 = 1:1:3 配置成主粉體的混合粉料。
[0037] (2)將混合粉料放入聚酯罐中，加入去離子水和氧化鋯球，在行星式球磨機上球磨 6小時，球磨機轉速為1000轉/分；再將球磨后的原料于1500W的紅外干燥箱內烘干，烘干 后將原料過40目篩，獲得顆粒均勻的粉料。
[0038] (3)將過篩后的粉料在900°C下預燒3小時，保溫4小時，合成主晶相；再將預燒粉 料粉碎，稱取20g，加入原料的重量百分比含量4. Owt %的MBS，二次配料。
[0039] (4)將二次配料處理好的粉料放入行星式球磨機上球磨6小時，球磨機轉速為 1000轉/分，在于紅外干燥箱內烘干；再于烘干后的粉料中加入原料的重量百分比含量8% 的粘合劑石錯造粒，在6MPa壓強下壓制成型為Φ 10_X 5mm的圓柱述體。
[0040] (5)將上述坯體于900°C燒結，保溫4小時，制得低溫燒結Li2MgTi 308系微波介質 陶瓷。
[0041] (6)采用網絡分析儀測試制品的微波介電性能。該材料的微波介電性能為：L = 28, QXf = 48910GHz，Tf= 16. 89ppm/°C。
[0042] 實施例4
[0043] (1)將純度大于 99. 9%的 Li2C03、Mg0 和 Ti02 按摩爾比 Li2C03 :MgO :Ti02 = 1:1:3 配置成主粉體的混合粉料。
[0044] (2)將混合粉料放入聚酯罐中，加入去離子水和氧化鋯球，在行星式球磨機上球磨 6小時，球磨機轉速為1000轉/分；再將球磨后的原料于1500W的紅外干燥箱內烘干，烘干 后將原料過40目篩，獲得顆粒均勻的粉料。
[0045] (3)將過篩后的粉料在900°C下預燒3小時，保溫4小時，合成主晶相；再將預燒粉 料粉碎，稱取20g，加入原料的重量百分比含量6. Owt %的MBS，二次配料。
[0046] (4)將二次配料處理好的粉料放入行星式球磨機上球磨6小時，球磨機轉速為 1000轉/分，在于紅外干燥箱內烘干；再于烘干后的粉料中加入原料的重量百分比含量8% 的粘合劑石錯造粒，在6MPa壓強下壓制成型為Φ 10_X 5mm的圓柱述體。
[0047] (5)將上述坯體于850°C燒結，保溫3小時，制得低溫燒結Li2MgTi 308系微波介質 陶瓷。
[0048] (6)采用網絡分析儀測試制品的微波介電性能。該材料的微波介電性能為：L = 22. 32, QXf = 38321GHz，τ f = 20. 45ppm/°C。
[0049] 實施例5
[0050] (1)將純度大于 99. 9%的 Li2C03、Mg0 和 Ti02 按摩爾比 Li2C03 :MgO :Ti02 = 1:1:3 配置成主粉體的混合粉料。
[0051] (2)將混合粉料放入聚酯罐中，加入去離子水和氧化鋯球，在行星式球磨機上球磨 6小時，球磨機轉速為1000轉/分；再將球磨后的原料于1500W的紅外干燥箱內烘干，烘干 后將原料過40目篩，獲得顆粒均勻的粉料。
[0052] (3)將過篩后的粉料在900°C下預燒3小時，保溫4小時，合成主晶相；再將預燒粉 料粉碎，稱取20g，加入原料的重量百分比含量8. Owt %的MBS，二次配料。
[0053] (4)將二次配料處理好的粉料放入行星式球磨機上球磨6小時，球磨機轉速為 1〇〇〇轉/分，在于紅外干燥箱內烘干；再于烘干后的粉料中加入原料的重量百分比含量8% 的粘合劑石錯造粒，在6MPa壓強下壓制成型為Φ 10_X 5mm的圓柱述體。
[0054] (5)將上述坯體于800°C燒結，保溫2小時，制得低溫燒結Li2MgTi 308系微波介質 陶瓷。
[0055] (6)采用網絡分析儀測試制品的微波介電性能。該材料的微波介電性能為：~ = 20, QXf = 35000GHz，Tf = 26. 21ppm/°C。
【權利要求】
1. 一種低溫燒結Li2MgTi308系微波介質陶瓷，其組成為Li 2MgTi308-m wt% MBS ; 其中，MBS為外加添加劑，即Mg0-B203-Si02玻璃低熔點燒結助劑，其原料組分及其質量 百分比含量為 42% Mg〇-45% B203-13% Si02 ; m為外加添加劑占原料的質量百分比含量，0. 5彡m彡8 ; 該低溫燒結Li2MgTi308系微波介質陶瓷的制備方法，具有以下步驟： (1) 將化學原料Li2C03、MgO和Ti02按Li2MgTi 308的化學計量比稱量配料； (2) 將步驟（1)的配料放入球磨罐中，加入氧化鋯球和去離子水，球磨6小時，再將球磨 后的原料烘干，烘干后過40目篩，獲得顆粒均勻的粉料； (3) 將步驟（2)處理好的粉料于900°C預燒3小時并在此溫度下保溫4小時，合成主晶 相，再將預燒后的粉料粉碎，向其中加入原料的重量百分比含量〇. 5?8wt%的玻璃低熔點 燒結助劑MBS ; (4) 將步驟（3)所得產物放入球磨罐中，加入氧化鋯球和去離子水，球磨6小時，烘干后 外加原料的質量百分比含量6?10%的石蠟作為粘合劑造粒，過80目篩，再用粉末壓片機 壓制成型為坯體。 (5) 將步驟⑷的坯體于800?950°C燒結，保溫2?6小時，制得低溫燒結Li2MgTi30 8 系微波介質陶瓷； (6) 采用網絡分析儀測試制品的微波介電性能。
2. 根據權利要求1所述的低溫燒結Li2MgTi308系微波介質陶瓷，其特征在于，所述步驟 (1)的化學原料的純度大于99. 9%。
3. 根據權利要求1所述的低溫燒結Li2MgTi308系微波介質陶瓷，其特征在于，所述步驟 (4) 的述體是在6MPa的壓強下壓制成型，為C>10mmX5mm的圓柱體。
4. 根據權利要求1所述的低溫燒結Li2MgTi308系微波介質陶瓷，其特征在于，所述步驟 (5) 的最佳燒結溫度為900°C，保溫4小時。
【文檔編號】C04B35/465GK104140261SQ201410364535
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月28日 優先權日:2014年7月28日
【發明者】張平, 劉健 申請人:天津大學