[发明专利]锂镁钛系微波介质陶瓷的低温烧结方法

说明书

技术领域

本发明属于电子信息材料与元器件领域，尤其涉及一种新型锂镁钛系微波介质陶瓷的低温烧结方法。

背景技术

随着通讯设备朝着高频、小型、轻量、高集成、多功能、高可靠性和低成本方向发展，以微波介质陶瓷为基础的微波电路元器件需要具备更佳的介电性能及工艺性能以满足应用要求。微波介质陶瓷作为制造这些器件的关键材料，其性能指标在很大程度上决定了微波通信器件与系统的性能。而LTCC技术正是实现微波元器件向高频、高速、轻质、薄型等方向发展的重要途径，LTCC技术要求微波介质陶瓷材料的烧结温度低于950℃，且与电极材料Ag(熔点961℃)共烧不发生化学反应。目前研究的大多数微波介质陶瓷材料的烧结温度都在1200℃以上，无法与金属电极材料在低温下共烧。因此，降低微波介质陶瓷的烧结温度及开发固有烧结温度低、介电性能优良的微波介质陶瓷材料具有重大实用价值。

尖晶石结构的锂镁钛(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ZnO-B₂O₃-SiO₂(ZBS)玻璃低熔点烧结助剂，使其烧结温度成功降低至975℃以下，同时保持良好的微波介电性能的锂镁钛系微波介质陶瓷。

本发明通过如下技术方案予以实现。

一种锂镁钛系微波介质陶瓷的低温烧结方法，具有如下步骤：

(1)锂镁钛系微波介质陶瓷的组成为Li₂MgTi₃O₈-m wt％ZBS；

其中，ZBS为外加添加剂，即ZnO-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60％ZnO-30％B₂O₃-10％SiO₂；

m为外加添加剂占原料的质量百分比含量，0.2≤m≤7；

将化学原料Li₂CO₃、MgO和TiO₂按Li₂MgTi₃O₈的化学计量比称量配料，配置成主粉体；

(2)将步骤(1)配制的主粉体放入球磨罐中，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，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；再将预烧粉料粉碎，向其中加入原料的重量百分比含量0.2～7wt％的玻璃低熔点烧结助剂ZBS；

(4)将步骤(3)所得产物放入球磨罐中，向粉料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目筛后，用粉末压片机压制成型为坯体；

(5)将步骤(4)的坯体于850～975℃烧结，保温2～6小时，制成锂镁钛系微波介质陶瓷。

所述步骤(1)的化学原料的纯度大于99.9％。

所述步骤(4)的坯体是在4～6MPa的压强下压制成型，为Φ10mm×5mm的圆柱体。

所述步骤(5)的烧结温度为925℃，保温4小时。

本发明以Li₂MgTi₃O₈微波介质陶瓷为基础，采用传统固相法，加入ZBS为烧结助剂，成功地将其烧结温度降低至975℃以下，制备了介电常数为18～26，品质因数32,000～47,650GHz，谐振频率温度系数为2.02ppm/℃～19.2ppm/℃的微波介质陶瓷。此外，本发明制备工艺简单，过程无污染，改善了其谐振频率温度系数，是一种理想的LTCC材料，具有广泛的应用前景。

具体实施方式