一种低温共烧微波介质陶瓷材料的制备方法.pdf

本发明涉及一种新型低温共烧(LTCC)微波介质陶瓷材料的制备方法，属特种陶瓷材料工艺技术领域。本发明的低温微波介质陶瓷材料的化学通式为：AWO4+xwt％TeO2(A＝Zn，Ca，Sr；x＝2.5，5.0，7.5，10.0)。制备方法是按化学计量比称量氧化物原料并进行配合；将配合料放于树脂球磨罐内球磨24小时，其料∶球∶酒精重量比为1∶2∶0.5；然后出料并烘干，在700～850℃下煅烧，以合成陶瓷粉料；然后粉碎、二次球磨；然后出料、烘干、过筛，得合成粉料；在合成粉料中加入一定量的聚乙烯醇溶液进行造粒；然后在120MPa压力下干压成型；再将成型块体在850～900℃下烧结2小时，最终制得新型低温共烧微波介质陶瓷材料。

1.  一种新型低温共烧微波介质陶瓷材料的制备，其特征在于具有以下化学通式：AWO₄+xwt％TeO₂，其中A＝Zn，Ca，Sr；x＝2.5，5.0，7.5，10.0；采用分析纯原料，即纯度为99.00wt％的ZnO、纯度为99.50wt％的CaCO₃、纯度为99.50wt％的SrCO₃、纯度为99.00wt％的WO₃、纯度为99.99wt％的TeO₂。

2.  一种新型低温共烧微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于是有以下的过程和步骤：
a.配料：按照上述各化学式，换算出所需各原料的质量，然后准确称量各分析纯原料；
b.球磨混合：将准确称量的各原料倒入树脂球磨罐内，加入酒精和ZrO₂磨球；三者的重量比为：料∶球∶酒精＝1∶2∶0.5；球磨24小时，混合均匀后出料，将其在100℃下烘干；
c.试合成：将少量粉末样品放入氧化铝坩锅中进行试合成，在一定温度下合成2小时，具体合成温度根据组分的不同而而变化。用X射线衍射法分析合成粉末样品的相组成，找出最佳合成温度；
d.合成：将所有样品放入氧化铝坩锅中，在最佳合成温度下进行合成；合成温度一般为700～850℃；
e.二次球磨：将合成好的样品用研钵研碎后过80目筛后倒入聚氨酯球磨罐内进行第二次球磨，球磨桶内的物料重量比为，粉料∶球∶无水乙醇＝1∶4∶0.5，球磨24小时；混合均匀后出料，将其在100℃下烘干；烘干过80目筛制成均匀的合成粉料；
f.造粒：在上述合成粉料中加入7wt％浓度为10wt％的聚乙烯醇(PVA)溶液作为聚合剂进行造粒，将合成粉料和聚乙烯醇放入研钵中进行研磨，均匀后过40目筛；
g.压片：将造好粒的粉料在120MPa下单面压成型为φ10mm×5mm的圆柱；
h.排胶：将成型后的圆片置于锆板上，在空气中，从室温升至600℃保温2小时，升温速率为5℃/min，进行排胶；
i.烧结：排胶后的圆片置于锆板上，并用氧化铝坩埚罩上，在一定温度下烧结2小时，升温速率为5℃/min；烧结温度为850～900℃，最终制得微波介质陶瓷材料。

一种低温共烧微波介质陶瓷材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种新型低温共烧(LTCC)微波介质陶瓷材料的制备方法，属特种陶瓷材料工艺技术领域。
背景技术
移动通讯设备的普及对微波通讯器材的高度集成化，小型化，高可靠性和低成本提出了更高的要求。另外，由于介质波导的开端存在着完整的磁界面而产生辐射损耗，可使整个波导元件的尺寸进一步缩小。所以只有应用具有良好微波介电性能的介质材料，才能使微波器件的高度集成化，小型化，高可靠性和低成本化成为可能。为此，微波介质材料必须具有(1)高的介电常数；(2)高的品质因数(低的介电损耗)；(3)接近零的谐振频率温度系数。
随着微波技术的发展，现代移动通信经过数字移动通信系统、个人数字蜂窝系统为代表的第二代通讯技术的发展，第三代移动通信更新换代。同时，随着近距离无线通信技术——蓝牙技术的深入研究与发展，无线局域网技术迅速发展起来。因此微波技术一方面向着更高频率发展，并拓展频带宽度，充分利用频率资源；另一方面，移动通信和便携式终端正向着小型化、轻量化、集成化、多功能、高可靠性和低成本方向发展，这对以微波介质陶瓷为基础的微波电路元器件也提出更高的要求。微波介质陶瓷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与尺寸极限。现在各种微型化、复合化、高频化、片式化、模块化的新型微波介质元器件应运而生，与新型元器件相关的微波介质陶瓷也取得了迅速发展，并朝着高介、高频、低温烧结等方向发展。降低微波介质陶瓷烧结温度有三种方法：(1)选择低烧结材质。(2)制备超细微粉。(3)选择低熔点化合物或共熔物做烧结助剂。本发明选择在AWO₄(A＝Zn，Ca，Sr)中掺杂一定量的TeO₂作为研究对象，分别研究了AWO₄+xwt％TeO₂(A＝Zn，Ca，Sr；x＝2.5，5.0，7.5，10.0)的烧结行为，微波介质性能等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型低温共烧(LTCC)微波介质陶瓷材料的制备方法。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种新型低温共烧(LTCC)微波介质陶瓷材料，其特征在于具有以下化学通式：AWO₄+xwt％TeO₂，其中A＝Zn，Ca，Sr；x＝2.5，5.0，7.5，10.0；
采用分析纯原料，即纯度为99.00wt％的ZnO、纯度为99.50wt％的CaCO₃、纯度为99.50wt％的SrCO₃、纯度为99.00wt％的WO₃、纯度为99.99wt％的TeO₂。
一种新型低温共烧微波介质陶瓷材料的制备方法，其特征在于是有以下的过程和步骤：
a.配料：按照上述各化学式，换算出所需各原料的质量，然后准确称量各分析纯原料；
b.球磨混合：将准确称量的各原料倒入树脂球磨罐内，加入酒精和ZrO₂磨球；三者的重量比为：料∶球∶酒精＝1∶2∶0.5；球磨24小时，混合均匀后出料，将其在100℃下烘干；
c.试合成：将少量粉末样品放入氧化铝坩锅中进行试合成，在一定温度下合成2小时，具体合成温度根据组分的不同而而变化。用X射线衍射法分析合成粉末样品的相组成，找出最佳合成温度；
d.合成：将所有样品放入氧化铝坩锅中，在最佳合成温度下进行合成；合成温度一般为700～850℃；
e.二次球磨：将合成好的样品用研钵研碎后过80目筛后倒入聚氨酯球磨罐内进行第二次球磨，球磨桶内的物料质量比为，粉料∶球∶无水乙醇＝1∶4∶0.5，球磨24小时；混合均匀后出料，将其在100℃下烘干；烘干过80目筛制成均匀的合成粉料；
f.造粒：在上述合成粉料中加入7wt％浓度为10wt％的聚乙烯醇(PVA)溶液作为聚合剂进行造粒，将合成粉料和聚乙烯醇放入研钵中进行研磨，均匀后过40目筛；
g.压片：将造好粒的粉料在120MPa下单面压成型为φ10mm×5mm的圆柱；
h.排胶：将成型后的圆片置于锆板上，在空气中，从室温升至600℃保温2小时，升温速率为5℃/min，进行排胶；
i.烧结：排胶后的圆片置于锆板上，并用氧化铝坩埚罩上，在一定温度下烧结2小时，升温速率为5℃/min；烧结温度为850～900℃，最终制得微波介质陶瓷材料。
本发明的特点是：由于采用能形成低熔点化合物或共熔点化合物的原料，故是有较低的烧结温度，可节约能源，并简化了工艺；本发明方法所制得的微波介质陶瓷材料具有较高的介电常数和品质因数。
附图说明
图1为本发明中ZnWO₄+xwt％TeO₂(x＝2.5，5.0，7.5，10.0)的XRD衍射图谱；
图2为本发明中CaWO₄+xwt％TeO₂(x＝2.5，5.0，7.5，10.0)的XRD衍射图谱；
图3为本发明中SrWO₄+xwt％TeO₂(x＝2.5，5.0，7.5，10.0)的XRD衍射图谱。
具体实施方式
现将本发明的具体实施例描述于下。
实施例1：首先按照化学式AWO₄+xwt％TeO₂(其中A＝Zn，Ca，Sr；x＝2.5，5.0，7.5，10.0)换算出所需各原料的质量，然后准确称量各分析纯原料：纯度为99.00wt％的ZnO、纯度为99.50wt％的CaCO₃、纯度为99.50wt％的SrCO₃、纯度为99.00wt％的WO₃、纯度为99.99wt％的TeO₂。
在计算各原料所需质量时，考虑了原料的纯度因素。另外，化学式AWO₄+xwt％TeO₂＝100(其中A＝Zn，Ca，Sr；x＝2.5，5.0，7.5，10.0)，即其总质量分数基于100来作为计算基准的。
本实施例的各产物的制备过程及测试数据归纳成表格形式，参见表1，表2，表3
本实施例的制备过程如下：
将准确称量的各原料装入树脂球磨罐内，加入酒精和ZrO₂磨球；三者的重量比为：料∶球∶酒精＝1∶2∶0.5；球磨24小时，混合均匀后出料，将其在100℃下烘干；然后在700～850℃下煅烧2小时，以合成陶瓷粉料，将合成好的上述瓷料用研钵研碎后过80目筛，然后再次倒入球磨罐中进行二次球磨24小时；料∶球∶酒精的比例不变；出料，浆料烘干后过80目筛；再在得到的粉体中加入7wt％的浓度为10wt％的聚乙烯醇溶液进行造粒并过40目筛；将造粒好的粉料放入模具在120MPa压力下干压成型为φ10×5mm的圆柱块体；然后将成型好的块体在600℃下恒温2小时以除去粘结剂，其升温速率为5℃/min；最后以相同升温速率在850～900℃下烧结2小时，最终制得所需要的新型微波介质陶瓷材料。
X射线衍射仪及微波介电性能测试
采用X射线衍射仪(Rigaku D/max2550型，40Kv，200mA)对烧结样品进行物相分析；网络分析仪(Agilent N5230A)及相关配套仪器测试其微波介电性能。样品ZnWO₄+xwt％TeO₂(x＝2.5，5.0，7.5，10.0)的XRD图谱如图1；样品CaWO₄+xwt％TeO₂(x＝2.5，5.0，7.5，10.0)的XRD图谱如图2；样品SrWO₄+xwt％TeO₂(x＝2.5，5.0，7.5，10.0)的XRD图谱如图3；样品的性能测试结果如表1、表2和表3。
表1 ZnWO₄+xwt％TeO₂(x＝2.5，5.0，7.5，10.0)配料表及材料微波介电性能

表2 CaWO₄+xwt％TeO₂(x＝2.5，5.0，7.5，10.0)配料表及材料微波介电性能

表3 SrWO₄+xwt％TeO₂(x＝2.5，5.0，7.5，10.0)配料表及材料微波介电性能