[发明专利]一种锂基微波介质陶瓷材料、其制备方法和锂基微波介质陶瓷

说明书

本发明提供了一种锂基微波介质陶瓷材料，原料包括：式(I)所示的主粉体和辅助粉体；所述辅助粉体包括占主粉体0.5～1.5wt％的玻璃粉和占主粉体5～10wt％金红石型TiO₂微粉；Li₂(Zn_(1‑x)Cu_x)(Ti_(1‑y)(Mg_1/3Nb_2/3)_y)₃O₈，式(I)。本发明特定的玻璃粉料降低体系的烧结温度，引入Mg²⁺、Nb⁵⁺取代Ti⁴⁺改善频率温度系数，引入TiO₂可以提高Li₂CO₃‑ZnO‑TiO₂体系的烧结致密性，可以调节τ_f值。Cu²⁺取代及特定的玻璃粉料成功使得Li₂CO₃‑ZnO‑TiO₂体系在850～890℃烧结完善且具有优异介电性能，从而使得该材料能够与Ag电极共烧。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其是涉及一种低温烧结中介电常数锂基微波介质陶瓷材料、其制备方法和锂基微波介质陶瓷。

背景技术

随着电子信息技术不断向高频化和数字化方向的发展，对元器件及电路的集成化和模块化的要求也越来越迫切，低温共烧陶瓷LTCC(Low Temperature Co-firedceramics)因其优异的电学、机械、工艺特性及高可靠性，已经成为电子器件模块化研究的热点之一。随着科学技术的进步，LTCC技术对微波介质陶瓷材料提出了更高的要求：(1)优异的微波介质性能，合适的介电常数、低损耗、近零的谐振频率温度系数；(2)烧结温度低于900℃，从而实现与Ag电极材料共烧；(3)与电极材料不发生化学反应且两者的界面结合牢固，烧结收缩匹配性能好。

目前大多数的微波介电陶瓷如MgTiO₃、Nd(Zn_0.5Ti_0.5)O₃、Ba(Mg_1/3Ta_2/3)O₃等虽然具有优异的性能，但因其烧结温度太高(≥1300℃)无法应用于LTCC技术上。因此越来越多的研究放在了探索烧结温度低、性能优异且能与Ag电极实现共烧兼容的材料体系上。尖晶石结构的Li₂ZnTi₃O₈是一种固有烧结温度低(1080℃)的具有优异介电性能的微波介质材料，此外Li₂ZnTi₃O₈陶瓷具有成本低、经济性好并且易于实现工业化等优点，因而有着广阔的应用前景，吸引了人们的广泛关注。国内外研究者主要针对降低Li₂ZnTi₃O₈烧结温度及改善谐振频率温度系数做了一些研究。其中李化凯,吕文中,雷文等在“H₃BO₃掺杂Li₂ZnTi₃O₈陶瓷的微波介电性能”一文中(电子元件与材料,2012,31(2):5-7.)研究了Li₂ZnTi₃O₈掺杂2wt％H₃BO₃的瓷料体系，在950℃保温4h烧结后其介电性能较佳，ε_r＝25.99、Q×f＝54926GHz、τ_f＝-12.17×10^-6ppm/℃，但烧结温度900℃且保温时间长达4h，易出现飞银现象；且助烧剂H₃BO₃在制备流延生带时会产生不利影响；Ren H S,Hao L,Peng H Y等在“Investigationon low-temperature sinterable behavior and tunable dielectric properties ofBLMT glass-Li₂ZnTi₃O₈ composite ceramics”一文中(Journal of the EuropeanCeramic Society,2018,38(10):3498-3504.)研究了B₂O₃-La₂O₃-MgO-TiO₂玻璃对Li₂ZnTi₃O₈陶瓷烧结特性及介电性能的影响，掺杂20wt％B₂O₃-La₂O₃-MgO-TiO₂在900℃保温2h烧结介电性能较佳，ε_r＝22.7、Q×f＝19900GHz、τ_f＝0.28×10^-6ppm/℃，为了降低烧结温度助烧玻璃添加量高达20wt％，致使Li₂ZnTi₃O₈体系ε_r、Q×f偏低，综合性能不佳，在LTCC技术的应用具有一定的局限性。