[发明专利]一种Ca-Nd-Ti体系中温共烧陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电子陶瓷及其制造领域，涉及一种中温烧结Ca-Nd-Ti体系微波介质陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

微波介质陶瓷是指应用于微波(300MHz到30GHz)频段电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷，是现代通信技术中的关键基础材料，被广泛应用于介质谐振器、滤波器、介质基片、介质波导回路、微波电容、双工器、天线等微波元器件。

应用于微波频段的介质陶瓷，应满足如下要求：(1)适宜的介电常数以利于器件的小型化(介质元器件的尺寸与介电常数εr的平方根成反比)；(2)高的品质因数Q以降低损耗，一般要求Q×f≥3000GHz(其中f为谐振频率)。；(3)稳定的接近零的频率温度系数，以保证器件的温度稳定性；(4)与银或铜有良好的共烧性。近年来随着电子信息技术不断向高频化和数字化方向发展，对元器件的小型化，集成化以至模块化的要求也越来越迫切。中温共烧陶瓷以其优异的电学、机械、热学及工艺特性，已经成为电子器件模块化的主要技术之一。近年来国内外的研究人员对一些中温烧结体系材料进行了广泛的探索和研究。在微波介质陶瓷中Ca-Nd-Ti体系具有良好的微波介电性能，和可调的频率温度系数，但通常都具有高的烧结温度(＞1300℃)，不能直接与Cu等低熔点金属共烧，这在很大程度上限制了其在各个领域的应用。因此如何降低微波介质材料的烧结温度成了研究重点，目前通常采用的降低微波介质材料的烧结温度的方法有：(1)改进制备工艺如采用化学合成方法制备，降低烧结温度，但该方法工艺复杂，制作周期增加；(2)使用超细粉体作原料，提高粉体活性，降低陶瓷烧结温度，但该方法成本高；(3)添加低熔点氧化物或低熔点玻璃烧结助剂，在烧结过程中,低熔点氧化物或玻璃烧结助剂形成液相,降温效果明显,且工艺简单，易于批量生产。因此为降低制作成本，大多采用第三种方法降低微波介质材料的烧结温度。

近年来，越来越多的陶瓷材料研究大多数都朝着高介电、低损耗和高品质因数等方向发展。众所周知，应用在微波材料方面的Ca-Nd-Ti(CNT)体系陶瓷也不例外。CNT材料具有良好的微波介电性能，较高的介电常数(120～140)和品质因数(5000～10000GHz)以及可调的谐振频率温度系数。然而，未掺杂的CNT陶瓷材料烧结温度却高达1350℃，无法与铜共烧。为了降低烧结温度，传统的方法一种为掺入低熔点氧化物，如B₂O₃及V₂O₅，然而游离的B₂O₃及V₂O₅在后期流延过程中易导致浆料粘度过大而不稳定，限制了其实际应用；另一种方法是掺入低熔点玻璃，但玻璃相的存在大大提高了材料的介质损耗，且玻璃在熔炼过程中性能不稳定，成本较高。虽然已有研究关注无玻璃相的中温高介电陶瓷，但实际生产中能应用的体系并不多，极大限制了中温共烧技术及微波多层器件的发展。鉴于以上叙述，如何制备一种稳定的、可中温烧结的、高性能的高介电常数微波介质陶瓷材料是工业应用的迫切需求。

发明内容

针对上述存在的问题或不足，本发明提供了一种Ca-Nd-Ti(CNT)体系中温共烧陶瓷材料及其制备方法。

Ca-Nd-Ti体系中温共烧陶瓷材料，其原料组成为质量百分比90.15％～100％的主晶相Ca_0.6Nd_0.26TiO₃，和质量百分比0％～9.85％的降烧剂A，其中主晶相Ca_0.6Nd_0.26TiO₃不取100％，降烧剂A不取0％降烧剂A成分组成的质量百分比为：35％≤La₂O₃≤45％、49％≤H₃BO₃≤52％、0.68％≤ZnO≤12.13％、0％≤CuO≤0.87％和0％≤Al₂O₃≤5.32％。

Ca-Nd-Ti体系中温共烧陶瓷材料的制备方法，包括下列步骤：