[发明专利]一种单相Bi4

说明书

本发明涉及一种单相Bi₄B₁₆O₃₀陶瓷及其超低温烧结制备方法与应用，所述单相Bi₄B₁₆O₃₀陶瓷晶粒粒径为3～5μm，相对密度为97～98％，在6‑15Ghz微波频段其介电常数为6.0～6.4，品质因数为15250～28400GHz，谐振频率温度系数为+15～+24ppm/℃。其制备是在低于750℃的超低温下烧结得到。本发明提供的单相Bi₄B₁₆O₃₀陶瓷在6‑15Ghz微波频段其介电常数为6.1左右，品质因数高达28400GHz，谐振频率温度系数为+18ppm/℃左右，可作为微波介电材料用于毫米波通讯领域。

技术领域

本发明属于以氧化铋与氧化硼为基料的陶瓷成型制品技术领域，具体涉及一种单相Bi₄B₁₆O₃₀陶瓷及其超低温烧结制备方法与应用。

背景技术

微波介质陶瓷是一种重要的功能材料，近年来发展迅速，大量应用于有源无源电子器件中，随着无线通信等技术的不断发展，对具有适当介电常数的高性能微波介质陶瓷的需求也在不断增加。通常微波介质陶瓷材料的烧结温度都相对较高，这就导致它们不能与低熔点电极材料以及半导体衬底等一起集成共烧，同时烧结温度高也不利于节约能源，因此低于900℃烧结温度的低温共烧陶瓷(LTCC)迅速发展，目前已可成熟地应用于现代微电子器件和电路封装中。而研究和开发烧结温度在750℃以下的超低温烧结陶瓷(ultra-low temperature co-fire ceramics,ULTCC)材料更是目前低温共烧(LTCC)技术的重要研究方向之一。

B₂O₃-Bi₂O₃体系是一个低熔点体系，具有实现超低温烧结的潜力。据相图可知，该体系存在Bi₂₄B₂O₃₉、Bi₄B₂O₉、Bi₆B₁₀O₂₄、Bi₄B₁₆O₃₀四种晶相，目前仅有Bi₆B₁₀O₂₄相被成功地制备成微波介质陶瓷，其介电常数εr＝13，品质因数(Qf)为320000GHz，具有良好的微波介电性能。目前有关B₂O₃-Bi₂O₃体系陶瓷的研究较少，一方面，B₂O₃具有易挥发特性，在制备过程中，如粉料干燥、预烧合成等工艺环节会出现硼挥发现象，从而难以得到化学计量比的目标产物，导致最终微波介质陶瓷组成与原料配比产生偏差。另一方面，该体系晶相的种类较多，且这些晶相的形成受组成、温度影响很大，因此，制备该体系陶瓷时，最终的物相组成具有复杂性、以及相组成对组成、温度的敏感性。这种复杂性和敏感性给制备该体系单相陶瓷带来难度，容易出现混相。迄今为止，关于Bi₄B₁₆O₃₀单相陶瓷的研究未见报道，目前仅有制备Bi₄B₁₆O₃₀单晶的报导。

本申请采用干法球磨、密封预烧，同时在合适工艺条件下，如长时间(超过60小时)的预烧制备陶瓷粉料，最终实现超低温烧结制备单相Bi₄B₁₆O₃₀陶瓷，并应用于微波介电领域。

发明内容