[发明专利]一种高强度低介电损耗氧化铝陶瓷基片

说明书

本发明公开一种高强度低介电损耗氧化铝陶瓷基片，所述氧化铝陶瓷基片按重量百分比由99.6～99.8wt%氧化铝和0.2～0.4wt%烧结助剂组成，采用超高压均质技术分散纳米氧化铝粉，然后通过球磨工艺将微量烧结助剂引入剂（0.2~0.4wt%）披覆在氧化铝颗粒表面，运用轧膜工艺制备氧化铝陶瓷生坯片，陶瓷生坯片经等静压处理并排胶后在950～1050℃条件下采用电场辅助低温快速烧技术，显著降低基片烧结温度和烧结时间，从而控制陶瓷晶粒尺寸(0.4～0.6μm)并抑制其高频下的介电损耗(10^‑4)。本发明所制得的氧化铝陶瓷基片性能优良、制备工艺易控、成本低廉等优点，因此具有广阔的市场前景。

技术领域

本发明专利属于无机非金属材料，具体是一种高强度低介电损耗氧化铝陶瓷基片。

背景技术

氧化铝陶瓷由于电绝缘性好、介电常数低、介电损耗小、机械强度高、热导率较高、透波性好及耐化学腐蚀等优点，在电子、通讯、电真空等领域已得到广泛的应用。随着微电子和高频通讯技术的快速发展，对陶瓷基片材料提出更为苛刻的要求，如陶瓷基片机械强度要高同时介电损耗要小。从理论上讲，氧化铝陶瓷强度主要受陶瓷体密度和晶粒尺寸影响，晶粒尺寸越小，致密度越高，陶瓷抗弯强度就越好。如专利CN200510115465.2和CN200810062630.6分别采用热等静压和放电等离子烧结技术可烧制出晶粒尺寸小于1μm的氧化铝陶瓷，但其陶瓷制造成本很高。快速烧结(flash sintering)是近年来出现的一种电场辅助低温烧结技术，它是在一定温度下将电场直接作用于陶瓷坯体上，陶瓷颗粒间瞬间产生大量焦耳热，活化晶粒表面，促进致密化进程，显著降低陶瓷烧结温度和烧结时间，从而有效抑制陶瓷产品在烧结过程中晶粒长大。该烧结技术已有专利报道（如CN109734445A）。

氧化铝陶瓷本征介电损耗非常小，但是在制造陶瓷过程中引入的杂质、气孔、微裂纹等结构缺陷严重影响陶瓷体的介电性能。采用晶界处微量掺杂技术，不但可以降低陶瓷烧结温以控制陶瓷晶粒尺寸而且还可以控制陶瓷介电性能。如采用微量MgO掺杂以减少氧化铝陶瓷中的微气孔可大幅降低氧化铝陶瓷的tanδ值（张巨先，真空科学与技术学报，2006，1，77-79）。专利CN201710192403.4中也公开报道了微量CaTiO₃掺杂可以有效抑制氧化铝陶瓷介电损耗，但是为了减少陶瓷中的残余气孔和空位缺陷浓度，氧化铝陶瓷常采用真空烧结技术，此时易产生变价的CaTiO₃掺杂难以胜任。专利CN201810993942.2中也公开报道 了MgO、ZrO₂、Y₂O₃三元掺杂配方以实现对氧化铝陶瓷基片晶粒尺寸的控制,但是由于这些掺杂配方在氧化铝中的溶解度非常小且配方中ZrO₂的介电损耗较大，难以抑制陶瓷基片介电损耗。因此，寻找一种晶界微量掺杂配方和氧化铝陶瓷基片的低温烧结技术以控制陶瓷晶粒尺寸，同时抑制陶瓷基片的介电损耗，是一件有意义的工作。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种性能优良、工艺易控、成本低廉的高强度低介电损耗氧化铝陶瓷基片。

本发明通过以下技术方案予以实现：一种高强度低介电损耗氧化铝陶瓷基片，其特征在于：所述氧化铝陶瓷基片按重量百分比由99.6～99.8wt%氧化铝和0.2～0.4wt%烧结助剂组成，经原料均质分散、练泥、制浆、干燥脱水、成型、裁切、结构均化、排胶、快速烧结、抛光后获得制品。

所述原料均质分散工序步骤为：

按重量百分比将99.6～99.8克纳米氧化铝粉加入500克含有0.1～0.5克柠檬酸铵的去离子水中，轻微搅拌后将纳米氧化铝混合液逐克加入金刚石内衬超高压均质机中于2KPa下均质2～5遍，形成充分分散、无团聚结构的纳米氧化铝浆料；