[發明專利]一種可低溫燒結的低介電常數微波介電陶瓷Li2ZnTiO4

在審

• 申請號: 201610199070.3
• 申請日: 2016-04-01
• 公開（公告）號: CN105622089A
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發明（設計）人: 李純純;相懷成;羅昊;鄧酩
• 申請（專利權）人: 桂林理工大學
• 主分類號: C04B35/462
• 分類號: C04B35/462;C04B35/622;C04B35/626
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技術領域

本發明涉及介電陶瓷材料，特別是涉及用于制造微波頻率使用的陶瓷基板、諧振器與濾波器等微波元器件的介電陶瓷材料及其制備方法。

背景技術

微波介電陶瓷是指應用于微波頻段（主要是UHF和SHF頻段）電路中作為介質材料并完成一種或多種功能的陶瓷，在現代通訊中被廣泛用作諧振器、濾波器、介質基片和介質導波回路等元器件，是現代通信技術的關鍵基礎材料，已在便攜式移動電話、汽車電話、無繩電話、電視衛星接受器和軍事雷達等方面有著十分重要的應用，在現代通訊工具的小型化、集成化過程中正發揮著越來越大的作用。

近年來，隨著信息技術的高速發展，電子線路日益向高頻化、微型化和高集成化方向發展，這就對電子遇見提出了尺寸小、高頻、高可靠性和高集成度的要求。低溫共燒陶瓷技術（LowTemperatureCo-firedCeramics,LTCC）采用厚膜材料，根據預先設計的結構，將電極材料、基板、電子器件等一次性燒成獨石結構，是一種可以實現高集成度和高性能的電子封裝技術。作為LTCC基板材料，微波介電陶瓷應滿足如下介電特性的要求：（1）低介電常數ε_r以提高信號的傳輸速率;（2）高的品質因數Q值或低的介質損耗tanδ以降低噪音，一般要求Q×f≥3000GHz;（3）諧振頻率的溫度系數τ_?盡可能小以保證器件具有好的熱穩定性，一般要求-10ppm/℃≤τ_?≤+10ppm/℃。同時，為了實現與高電導率金屬電極（Ag，Cu等）的共燒，微波介電陶瓷的燒結溫度應低于960℃。近期，國內外的研究人員對一些低燒體系材料進行了廣泛的探索和研究，主要是采用微晶玻璃或玻璃-陶瓷復合材料體系，因低熔點玻璃相具有相對較高的介質損耗，玻璃相的存在大大提高了材料的介質損耗。因此研制無玻璃相的低燒微波介質陶瓷材料是當前研究的重點。

在探索與開發新型可低燒微波介電陶瓷材料的過程中，固有燒結溫度低的Li基化合物、Bi基化合物、鎢酸鹽體系化合物和碲酸鹽體系化合物等材料體系得到了廣泛關注與研究。我們對通式為A_aB_bO_a+b的Li基巖鹽結構化合物進行了微波介電性能研究，發現Li₂ZnTiO₄的燒結溫度低于960^oC，而且具有具有低介電常數（ε_r~9.5）和高品質因數Q×f值（37,000GHz），而其諧振頻率溫度系數τ_?偏大（-11.3ppm/^oC）。

發明內容

本發明的目的是提供一種可低溫燒結并具有良好熱穩定性與低損耗的低介電常數微波介電陶瓷材料及其制備方法。

本發明的微波介電陶瓷材料的化學組成為Li₂ZnTiO₄。

本微波介電陶瓷材料的制備方法步驟為：

（1）將純度為99.9%（重量百分比）以上的Li₂CO₃、ZnO和TiO₂的原始粉末按Li₂ZnTiO₄的組成稱量配料；

（2）將步驟（1）原料濕式球磨混合8小時，球磨介質為無水乙醇，烘干后在850℃大氣氣氛中預燒4小時；

（3）在步驟（2）制得的粉末中添加粘結劑并造粒后，再壓制成型，最后在900~960℃大氣氣氛中燒結4小時；所述的粘結劑采用質量濃度為5%的聚乙烯醇溶液，聚乙烯醇的添加量占粉末總質量的3%。

本發明的優點：Li₂ZnTiO₄陶瓷在960℃以下燒結良好，介電常數達到8.4～9.8，尤其是諧振頻率的溫度系數τ_?小，溫度穩定性好；品質因數Qf值高達24,000-37,000GHz，可廣泛用于各種介質基板、諧振器和濾波器等微波器件的制造，在工業上有著極大的應用價值。

具體實施方式

實施例：

表1示出了構成本發明的不同燒結溫度的4個具體實施例及其微波介電性能。其制備方法如上所述，用圓柱介質諧振器法進行微波介電性能的評價。