[发明专利]一种低温共烧陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电子陶瓷材料技术领域，具体涉及一种低温共烧陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

现有低温共烧陶瓷材料大体分为两种：一种为微晶玻璃材料，一种为玻璃-陶瓷复合材料。

玻璃-陶瓷复合体系低温共烧陶瓷材料主要成分为陶瓷相，即氧化铝、氧化硅等。由于单一的陶瓷相的烧结温度在2000℃左右，因此为了降低烧结温度需要加入低熔点的玻璃来实现，申请号为201010582325.7的专利公开了一种低软化点玻璃-陶瓷系低温共烧陶瓷材料，包括低软化点玻璃相和陶瓷相，玻璃相与陶瓷相的质量比为（4.5～2）：3，但是玻璃的加入会恶化低温共烧陶瓷材料的热学性能、力学性能和电学性能。并且，目前玻璃-陶瓷复合体系的低温共烧陶瓷材料介质损耗一般较高，而且频率温度系数较大。

而微晶玻璃体系的低温共烧陶瓷材料主要是通过成核与结晶化过程使其成为致密、具有一定强度的材料。微晶玻璃体系低温共烧陶瓷材料制备工艺简单，而且介质损耗低，申请号为201110051412.4的专利公开了一种电路基板用微晶玻璃材料，包括30～50mol%的CaO，12～30mol%的B₂O₃，30～50mol%的SiO₂，0～2mol%的ZnO，0～2mol%的P₂O₅，0～2mol%的ZrO₂，0～2mol%的TiO₂。由于是单一的微晶玻璃因此材料成分简单性能稳定易控，制作工艺简单，但是其力学性能较差，热导率不高。并且，上述两种低温共烧陶瓷材料的介质损耗较高，并且烧结温度都在850～900℃左右，烧结温度较高，不利于实现节能减排。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种低温共烧陶瓷材料及其制备方法，采用本发明所提供的低温共烧陶瓷具有较好的力学性能和较高的热导率，并且烧结温度和介质损耗较低。

本发明提供了一种低温共烧陶瓷材料，由以下原料烧结得到：

23.5wt%～30.5wt%的硅酸；

28.1wt%～34.4wt%的硼酸；

34.7wt%～42.2wt%的氢氧化钙；

0.4wt%～1.5wt%的磷酸；

2.8wt%～4.1wt%的硝酸锆。

优选的，包括24wt%～29wt%的硅酸。

优选的，包括31wt%～34wt%的硼酸。

优选的，包括0.6wt%～1.3wt%的磷酸。

优选的，包括3.1wt%～3.8wt%的硝酸锆。

优选的，所述低温共烧陶瓷的粒径为1～3μm。

本发明还提供了一种低温共烧陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

A）将上述技术方案所述的低温共烧陶瓷材料的原料与水混合，进行球磨处理、烘干、预烧结、熔制、水淬，得到玻璃渣；

B）将所述玻璃渣进行球磨处理、烘干、筛分，得到低温共烧陶瓷材料。

优选的，所述预烧结的温度为600～700℃。

优选的，所述熔制的温度为1400～1600℃。

优选的，步骤A）中所述球磨处理具体为：

将氢氧化钙、硅酸和水混合，加入氧化锆球进行球磨处理，再加入硼酸、磷酸、硝酸锆和水，进行球磨处理，过滤除去氧化锆球。

与现有技术相比，本发明所提供的低温共烧陶瓷材料，由以下原料烧结得到：23.5wt%～30.5wt%的硅酸；28.1wt%～34.4wt%的硼酸；34.7wt%～42.2wt%的氢氧化钙；0.4wt%～1.5wt%的磷酸；2.8wt%～4.1wt%的硝酸锆。本发明所提供的低温共烧陶瓷材料中，通过降低由硅酸引入的二氧化硅含量并且提高由硼酸引入的三氧化二硼的含量，可以降低烧结温度；同时引入的锆、磷元素，可以促进微晶玻璃中微晶的形成，一方面降低了介质损耗，另外形成的微晶可以提高热导率和力学性能。

结果表明，将本发明所提供的低温共烧陶瓷材料在700～800℃的烧结温度下进行烧结后，测定其抗弯强度为206～236MPa，热导率为2.9～4W/mK，在1MHz的条件下，介电常数为5.6～6.2，介质损耗为0.0004～0.0011。

具体实施方式

本发明提供了一种低温共烧陶瓷材料，由以下原料烧结得到：

23.5wt%～30.5wt%的硅酸；

28.1wt%～34.4wt%的硼酸；