一種低溫共燒陶瓷材料及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種低溫共燒陶瓷材料，由以下組分組成：79wt%～95wt%的陶瓷，5wt%～21wt%的助燒玻璃。與現(xiàn)有陶瓷材料相比，本發(fā)明以BaO、ZnO與TiO2組分為陶瓷原料，BaO與TiO2形成的陶瓷具有優(yōu)異的微波介電性能，但燒結(jié)溫度較高，ZnO的加入可明顯降低陶瓷的燒結(jié)溫度.，得到介電性能較好且燒結(jié)溫度較低的陶瓷；助燒玻璃具有較低的燒結(jié)溫度，且助燒玻璃中的部分原子與陶瓷基體中的部分原子相同或相近；同時(shí)通過(guò)控制陶瓷與助燒玻璃的含量，從而得到具有中介電常數(shù)的低溫共燒陶瓷材料。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種低溫共燒陶瓷材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子器件【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種低溫共燒陶瓷材料及其制備方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]現(xiàn)代移動(dòng)通訊經(jīng)過(guò)30年的發(fā)展，逐漸朝著小型化、集成化、高可靠性和低成本方向發(fā)展，因此對(duì)以微波介質(zhì)陶瓷為基的微波電路元器件也提出了更高的要求。為滿(mǎn)足移動(dòng)通信終端便攜化與微型化的要求，除了減小諧振電路的尺寸，高介電常數(shù)、高Q值和近零溫度的微波介質(zhì) 材料成為研究的熱點(diǎn)。
[0003]低溫共燒陶瓷(LTCC)技術(shù)是將低溫?zé)Y(jié)陶瓷粉制成厚度精確而且致密的生瓷帶，在生瓷帶上利用激光打孔、微孔注漿、精密導(dǎo)體漿料印刷等工藝制出所需要的電路圖形，并將多個(gè)無(wú)源元件埋入其中，然后疊壓在一起，在900°C燒結(jié)，制成三維電路網(wǎng)絡(luò)的無(wú)源集成組件，也可制成內(nèi)置無(wú)源元件的三維電路基板，在其表面可以貼裝IC和有源器件，制成無(wú)源/有源集成的功能模塊。低溫共燒陶瓷以其優(yōu)異的電子、機(jī)械、電力特性等已成為多芯片組件集成化、模塊化的首選方式，廣泛用于基板、封裝及微波器件等領(lǐng)域。采用LTCC工藝制造微波元器件，需要微波介質(zhì)材料能與高電導(dǎo)率的金屬電極Au、Cu、Ag等共燒。從經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境角度考慮，使用熔點(diǎn)較低的Ag、Cu等金屬作為電極材料最為理想。
[0004]由于銀電極等燒結(jié)特性的要求，陶瓷材料的燒結(jié)溫度要求在800~930°C左右。通常降低陶瓷材料燒結(jié)溫度的方法有:添加氧化物或低熔點(diǎn)玻璃助燒劑、引入化學(xué)合成方法、超細(xì)粉體原料、微晶玻璃或非晶玻璃等。化學(xué)合成和超細(xì)粉體工藝復(fù)雜，產(chǎn)量低、成本高、不易量產(chǎn)，因此，添加低熔點(diǎn)氧化物或者玻璃相是常用的降低陶瓷材料燒結(jié)溫度的方法，但是會(huì)導(dǎo)致陶瓷性能惡化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種中介電常數(shù)的低溫共燒陶瓷材料。
[0006]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種低溫共燒陶瓷材料，由以下組分組成:
[0007]79wt%~95wt%的陶瓷，5wt%~21wt%的助燒玻璃；
[0008]所述陶瓷由BaO、ZnO與TiO2組成；
[0009]所述助燒玻璃為Zn-B玻璃、Zn-B-Si玻璃、Ba-B-Si玻璃、B1-B-Si玻璃、Ba-Zn-B-Si玻璃與B1-Zn-B-Si玻璃中的一種或多種。
[0010]優(yōu)選的，所述BaO、ZnO與TiO2的摩爾比按照式(I)中各元素的摩爾比確定；
[0011 ] BaZnxTiy01+x+2y (I)；
[0012]其中，0.15 ≤ X ≤ 0.6，2.5 ≤ y≤ 4.5。
[0013]優(yōu)選的，所述Zn-B玻璃由20wt%~70wt%的ZnO與30wt%~80wt%的B2O3組成。
[0014]優(yōu)選的，所述Zn-B-Si 玻璃由 10wt% ~60wt% 的 Zn0、20wt% ~75wt% 的 B2O3 與10wt% ~40wt% 的 SiO2 組成。
[0015]優(yōu)選的，所述Ba-B-Si 玻璃由 20wt% ~50wt% 的 Ba0、40wt% ~65wt% 的 B2O3 與10wt% ~20wt% 的 SiO2 組成。
[0016]優(yōu)選的，所述B1-B-Si 玻璃由 30wt% ~70wt% 的 Bi203、20wt% ~45wt% 的 B2O3 與10wt% ~25wt% 的 SiO2 組成。
[0017]優(yōu)選的，所述Ba-Zn-B-Si 玻璃由 10wt% ~45wt% 的 Ba203、10wt% ~50wt% 的 ZnO、10wt% ~45wt% 的 B2O3 與 10wt% ~25wt% 的 SiO2 組成。
[0018]優(yōu)選的，所述B1-Zn-B-Si 玻璃由 10wt% ~40wt% 的 Bi203、10wt% ~50wt% 的 ZnO、10wt% ~45wt% 的 B2O3 與 10wt% ~25wt% 的 SiO2 組成。
[0019]本發(fā)明還提供了一種低溫共燒陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟:
[0020]將BaO、ZnO與TiO2混合，球磨后預(yù)燒，得到陶瓷燒塊，將所述陶瓷燒塊粉碎，得到陶瓷粉；
[0021 ] 將ZnO與B2O3混合，球磨后預(yù)燒，得到燒塊，將所述燒塊熔化后得到玻璃液滴，將所述玻璃液滴冷淬后粉碎，得到Zn-B助燒玻璃粉；
[0022]將ZnO、B2O3與SiO2混合，球磨后預(yù)燒，得到燒塊，將所述燒塊熔化后得到玻璃液滴，將所述玻璃液滴冷淬后粉碎，得到Zn-B-Si助燒玻璃粉；
[0023]將BaO、Bi2O3與SiO2混合，球磨后預(yù)燒，得到燒塊，將所述燒塊熔化后得到玻璃液滴，將所述玻璃液滴冷淬后粉碎，得到Ba-B-Si助燒玻璃粉；
[0024]將Bi203、B2O3與SiO2混合，球磨后預(yù)燒，得到燒塊，將所述燒塊熔化后得到玻璃液滴，將所述玻璃液滴冷淬后粉碎，得到B1-B-Si助燒玻璃粉；
[0025]將Ba203、ZnO、B2O3與SiO2混合，球磨后預(yù)燒，得到燒塊，將所述燒塊熔化后得到玻璃液滴，將所述玻璃液滴冷淬后粉碎，得到Ba-Zn-B-Si助燒玻璃粉；
[0026]將Bi203、ZnO、B2O3與SiO2混合，球磨后預(yù)燒，得到燒塊，將所述燒塊熔化后得到玻璃液滴，將所述玻璃液滴冷淬后粉碎，得到B1-Zn-B-Si助燒玻璃粉；
[0027]將所述Zn-B助燒玻璃、Zn-B-Si助燒玻璃、Ba-B-Si助燒玻璃、B1-B-Si助燒玻璃、Ba-Zn-B-Si助燒玻璃與B1-Zn-B-Si助燒玻璃中的一種或多種與所述陶瓷粉混合，得到低溫共燒陶瓷材料。
[0028]優(yōu)選的，在制備陶瓷粉的步驟中，所述球磨的時(shí)間為6~24h，預(yù)燒的溫度為950~1200°C，時(shí)間為2~6h。
[0029]本發(fā)明提供了一種低溫共燒陶瓷材料，由以下組分組成:79wt%~95wt%的陶瓷，5wt%~21wt%的助燒玻璃；所述陶瓷由Ba0、Zn0與TiO2組成；所述助燒玻璃為Zn-B玻璃、Zn-B-Si 玻璃、Ba-B-Si 玻璃、B1-B-Si 玻璃、Ba-Zn-B-Si 玻璃與 B1-Zn-B-Si 玻璃中的一種或多種。與現(xiàn)有陶瓷材料相比，本發(fā)明以BaO、ZnO與TiO2組分為陶瓷原料，BaO與TiO2形成的陶瓷具有優(yōu)異的微波介電性能，但燒結(jié)溫度較高，ZnO的加入可明顯降低陶瓷的燒結(jié)溫度.，得到介電性能較好且燒結(jié)溫度較低的陶瓷；助燒玻璃具有較低的燒結(jié)溫度，且助燒玻璃中的部分原子與陶瓷基體中的部分原子相同或相近；同時(shí)通過(guò)控制陶瓷與助燒玻璃的含量，從而得到具有中介電常數(shù)的低溫共燒陶瓷材料。
[0030]實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明制備的低溫共燒陶瓷粉可以在850~930°C實(shí)現(xiàn)致密成瓷，介電常數(shù)為30~45，損耗正切小于0.008，諧振頻率溫度系數(shù)小于±50ppm/°C，能夠?qū)崿F(xiàn)與Cu、Ag電極的共燒。【具體實(shí)施方式】
[0031]為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，而不是對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求的限制。
[0032]本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)了一種低溫共燒陶瓷材料，由以下組分組成:
[0033]79wt%~95wt%的陶瓷，5wt%~21wt%的助燒玻璃；
[0034]所述陶瓷由BaO、ZnO與TiO2組成；
[0035]所述助燒玻璃為Zn-B玻璃、Zn-B-Si玻璃、Ba-B-Si玻璃、B1-B-Si玻璃、Ba-Zn-B-Si玻璃與B1-Zn-B-Si玻璃中的一種或多種。
[0036]本發(fā)明的低溫共燒陶瓷材料主要是與銀電極共燒，所述銀電極的共燒溫度一般在850°C左右，因此低溫共燒陶瓷材料的燒結(jié)溫度則為850°C~950°C。本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的:絕大多數(shù)具有中介電常數(shù)的陶瓷燒結(jié)溫度較高；而玻璃相的介電性能較差，主要表現(xiàn)在介電損耗偏大，因此本申請(qǐng)通過(guò)陶瓷與助燒玻璃的選擇和含量調(diào)整，達(dá)到LTCC技術(shù)對(duì)材料的要求。
[0037]按照本發(fā)明，所述陶瓷的含量為79wt%~95wt%，優(yōu)選為85wt%~95wt%，更優(yōu)選為85wt%~93wt%。若陶瓷的含量過(guò)高，則難以滿(mǎn)足燒結(jié)溫度的要求，若陶瓷溫度過(guò)低則會(huì)使陶瓷材料的介電常數(shù)急劇降低。所述助燒玻璃的含量為5wt%~21wt%，優(yōu)選為7~20wt%，更優(yōu)選為7wt%~18wt%，更優(yōu)選為7wt%~15wt%，最優(yōu)選為10wt%~15wt%。若所述助燒玻璃的含量過(guò)高，則嚴(yán)重惡化陶瓷的介電性能，若助燒玻璃的含量過(guò)低，則造成燒結(jié)溫度達(dá)不到要求。
[0038]本發(fā)明中所述陶瓷是由 BaO、ZnO與TiO2組成，BaO與TiO2形成的陶瓷具有優(yōu)異的微波介電性能，但燒結(jié)溫度較高，ZnO的加入可明顯降低陶瓷的燒結(jié)溫度，并且其和TiO2形成的陶瓷材料也具有較好的微波介電特性，三者相互摻雜，得到介電性能較好且燒結(jié)溫度較低的陶瓷。所述陶瓷是低溫共燒陶瓷材料的基礎(chǔ)相。作為優(yōu)選方案，所述BaO、ZnO與TiO2的摩爾比按照表達(dá)式BaZnxTiy01+x+2y各元素的摩爾比確定。
[0039]所述助燒玻璃為Zn-B玻璃、Zn-B-Si玻璃、Ba-B-Si玻璃、B1-B-Si玻璃、Ba-Zn-B-Si玻璃與B1-Zn-B-Si玻璃中的一種或多種。
[0040]其中，所述Zn-B玻璃為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的Zn-B玻璃即可，并無(wú)特殊的限制，本發(fā)明中優(yōu)選由20wt%~70wt%的ZnO與30wt%~80wt%的B2O3組成。所述ZnO優(yōu)選為30wt%~60wt%，更優(yōu)選為45wt%~55wt% ;所述B2O3優(yōu)選為40wt%~70wt%，更優(yōu)選為45wt% ~55wt%。
[0041 ]所述 Zn-B-Si 玻璃優(yōu)選由 10wt% ~60wt% 的 ZnO、20wt% ~75wt% 的 B2O3 與 10wt% ~40wt%的SiO2組成。所述ZnO優(yōu)選為15wt%~50wt%，更優(yōu)選為25wt%~40wt% ;所述B2O3優(yōu)選為30wt%~65wt%，更優(yōu)選為50wt%~60wt% ;所述SiO2優(yōu)選為10wt%~30wt%，更優(yōu)選為 10wt% ~20wt%。
[0042]所述Ba-B-Si 玻璃優(yōu)選由 20wt% ~50wt% 的 Ba0、40wt% ~65wt% 的 B2O3 與 10wt%~20wt%的SiO2組成。其中，所述BaO優(yōu)選為30wt%~50wt%，更優(yōu)選為40wt%~50wt% ;所述B2O3優(yōu)選為40wt%~60wt%，更優(yōu)選為40wt%~65wt% ;所述SiO2優(yōu)選為10wt%~15wt%。
[0043]所述B1-B-Si 玻璃優(yōu)選由 30wt% ~70wt% 的 Bi203、20wt% ~45wt% 的 B2O3 與10wt%~25wt%的SiO2組成；所述Bi2O3的含量?jī)?yōu)選為35wt%~60wt%，更優(yōu)選為40wt%~50wt% ;所述B2O3優(yōu)選為30wt%~45wt%，更優(yōu)選為30wt%~40wt% ;所述SiO2優(yōu)選為15wt%~25wt%,更優(yōu)選為 20wt% ~25wt%。[0044]所述Ba-Zn-B-Si 玻璃優(yōu)選由 10wt% ~45wt% 的 Ba2O3、10wt% ~50wt% 的 ZnO、10wt% ~45wt% 的 B2O3 與 10wt% ~25wt% 的 SiO2 組成；所述 Ba2O3 優(yōu)選為 20wt% ~40wt%，更優(yōu)選為25wt%~35wt% ;所述ZnO優(yōu)選為20wt%~40wt%，更優(yōu)選為25wt%~35wt% ;所述B2O3優(yōu)選為20wt%~40wt%，更優(yōu)選為20wt%~30wt% ;所述SiO2優(yōu)選為10wt%~20wt%，更優(yōu)選為15wt%~20wt%。
[0045]所述B1-Zn-B-Si 玻璃優(yōu)選由 10wt% ~40wt% 的 Bi203、10wt% ~50wt% 的 ZnO、10wt% ~45wt% 的 B2O3 與 10wt% ~25wt% 的 SiO2 組成；所述 Bi2O3 優(yōu)選為 20wt% ~40wt%，更優(yōu)選為30wt%~40wt% ;所述ZnO優(yōu)選為20wt%~40wt% ;更優(yōu)選為30wt%~40wt% ;所述B2O3優(yōu)選為15wt%~40wt%，更優(yōu)選為18wt%~30wt% ;所述SiO2優(yōu)選為10wt%~20wt%，更優(yōu)選為10wt%~15wt%。
[0046]本發(fā)明選擇Zn-B 玻璃、Zn-B-Si 玻璃、Ba-B-Si 玻璃、B1-B-Si 玻璃、Ba-Zn-B-Si 玻璃與B1-Zn-B-Si玻璃中的一種或多種為助燒玻璃，一方面是由于上述玻璃具有較低的燒結(jié)溫度，另一方面由于上述助燒玻璃中的部分原子與陶瓷基體中的部分原子相同或相近，則助燒玻璃燒結(jié)后的晶體結(jié)構(gòu)與陶瓷基體具有一定的相似性、相容性，最重要的是，上述助燒玻璃對(duì)陶瓷基體具有良好的降溫效果。
[0047]本發(fā)明提供了一種低溫共燒陶瓷材料，由以下組分組成:79wt%~95wt%的陶瓷，5wt%~21wt%的助燒玻璃；所述陶瓷由Ba0、Zn0與TiO2組成；所述助燒玻璃為Zn-B玻璃、Zn-B-Si 玻璃、Ba-B-Si 玻璃、B1-B-Si 玻璃、Ba-Zn-B-Si 玻璃與 B1-Zn-B-Si 玻璃中的一種或多種。BaO與TiO2形成的陶瓷具有優(yōu)異的微波介電性能，但燒結(jié)溫度較高，ZnO的加入可明顯降低陶瓷的燒結(jié)溫度，并且其和TiO2形成的陶瓷材料也具有較好的微波介電特性，三者相互摻雜，得到介電性能較好且燒結(jié)溫度較低的陶瓷，并且助燒玻璃具有較低的燒結(jié)溫度，且助燒玻璃中的部分原子與陶瓷基體中的部分原子相同或相近；同時(shí)通過(guò)控制陶瓷與助燒玻璃的含量，從而使得最終得到的低溫共燒他陶瓷材料具有中介電常數(shù)。
[0048]本發(fā)明還提供了上述低溫共燒陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟:
[0049]將BaO、ZnO與TiO2混合，球磨后預(yù)燒，得到陶瓷燒塊，將所述陶瓷燒塊粉碎，得到陶瓷粉；
[0050]將ZnO與B2O3混合，球磨后預(yù)燒，得到燒塊，將所述燒塊熔化后得到玻璃液滴，將所述玻璃液滴冷淬后粉碎，得到Zn-B助燒玻璃粉；
[0051]將ZnO、B2O3與SiO2混合，球磨后預(yù)燒，得到燒塊，將所述燒塊熔化后得到玻璃液滴，將所述玻璃液滴冷淬后粉碎，得到Zn-B-Si助燒玻璃粉；
[0052]將BaO、Bi2O3與SiO2混合，球磨后預(yù)燒，得到燒塊，將所述燒塊熔化后得到玻璃液滴，將所述玻璃液滴冷淬后粉碎，得到Ba-B-Si助燒玻璃粉；
[0053]將Bi203、B2O3與SiO2混合，球磨后預(yù)燒，得到燒塊，將所述燒塊熔化后得到玻璃液滴，將所述玻璃液滴冷淬后粉碎，得到B1-B-Si助燒玻璃粉；
[0054]將Ba203、ZnO、B2O3與SiO2混合，球磨后預(yù)燒，得到燒塊，將所述燒塊熔化后得到玻璃液滴，將所述玻璃液滴冷淬后粉碎，得到Ba-Zn-B-Si助燒玻璃粉；[0055]將Bi203、ZnO、B2O3與SiO2混合，球磨后預(yù)燒，得到燒塊，將所述燒塊熔化后得到玻璃液滴，將所述玻璃液滴冷淬后粉碎，得到B1-Zn-B-Si助燒玻璃粉；
[0056]將所述Zn-B助燒玻璃、Zn-B-Si助燒玻璃、Ba-B-Si助燒玻璃、B1-B-Si助燒玻璃、Ba-Zn-B-Si助燒玻璃與B1-Zn-B-Si助燒玻璃中的一種或多種與所述陶瓷粉混合，得到低溫共燒陶瓷材料。
[0057]按照本發(fā)明，在制備低溫共燒陶瓷材料的過(guò)程中，首先制備了陶瓷粉與助燒玻璃粉，然后將陶瓷粉與助燒玻璃粉混合，即得到低溫共燒陶瓷粉。
[0058]本發(fā)明中上述陶瓷粉與助燒玻璃粉的制備順序本發(fā)明沒(méi)有特別的限制，可以先制備陶瓷粉也可以先制備助燒玻璃粉。在制備陶瓷粉的過(guò)程中，按照下述方法進(jìn)行制備:
[0059]將BaO、ZnO與TiO2混合，球磨后預(yù)燒，得到陶瓷燒塊，將所述陶瓷燒塊粉碎，得到陶瓷粉。
[0060]在制備陶瓷粉的過(guò)程中，所述BaO、ZnO與TiO2的摩爾比優(yōu)選按照式(I)中各元素的摩爾比確定；
[0061 ] BaZnxTiy01+x+2y (I)；
[0062]其中，0.15 ≤ X ≤ 0.6，2.5 ≤ y ≤ 4.5。
[0063]所述球磨的時(shí)間優(yōu)選為6~24h，更優(yōu)選為10~20h，在球磨后，將球磨得到的混合粉末優(yōu)選進(jìn)行烘干，以去除球磨過(guò)程中的油性溶劑。然后將烘干后的粉末進(jìn)行預(yù)燒，得到陶瓷燒塊。所述預(yù)燒的溫度優(yōu)選為950~1200°C，更優(yōu)選為1100~1200°C;所述預(yù)燒的時(shí)間優(yōu)選為2~6h，更優(yōu)選為4~6h。最后將所述陶瓷燒塊粉碎，即得到陶瓷粉。所述陶瓷粉的粒徑優(yōu)選為0.5~3 μ m，更優(yōu)選為0.5~2 μ m。
[0064]按照本發(fā)明，所述Zn-B助燒玻璃粉、Zn-B-Si助燒玻璃粉、Ba-B-Si助燒玻璃粉、B1-B-Si助燒玻璃粉、Ba-Zn-B-Si助燒玻璃粉與B1-Zn-B-Si助燒玻璃粉的制備方法相同，只是原料不同；其中所述Zn-B助燒玻璃粉的原料為ZnO與B2O3 ;所述Zn-B-Si助燒玻璃粉的原料為ZnO、B2O3與SiO2 ;所述Ba-B-Si助燒玻璃粉的原料為BaO、Bi2O3與SiO2 ;所述B1-B-Si助燒玻璃粉的原料為Bi203、B203與SiO2 ;所述Ba-Zn-B-Si的原料為Ba2O3、ZnO、B2O3與SiO2 ;所述B1-Zn-B-Si助燒玻璃粉的原料為Bi203、ZnO、B2O3與Si02。以Zn-B助燒玻璃粉的制備方法為例，其制備過(guò)程為:
[0065]將ZnO與B2O3混合，球磨后預(yù)燒，得到燒塊，將所述燒塊熔化后得到玻璃液滴，將所述玻璃液滴冷淬后粉碎，得到Zn-B助燒玻璃粉。
[0066]在制備Zn-B助燒玻璃粉的過(guò)程中，所述球磨的時(shí)間優(yōu)選為6~24h，更優(yōu)選為10~15h。將球磨后的混合粉末烘干后進(jìn)行預(yù)燒，得到燒塊，所述預(yù)燒的溫度優(yōu)選為450~650°C，更優(yōu)選為500~650°C ;所述預(yù)燒的時(shí)間優(yōu)選為I~6h，更優(yōu)選為3~5h。然后將所述燒塊熔化后得到玻璃液滴；所述熔化的溫度優(yōu)選為1450°C~1550°C。最后將所述玻璃液滴冷淬、粉碎后即得到Zn-B助燒玻璃粉。所述助燒玻璃粉的粒徑優(yōu)選為0.5~3 μ m，更優(yōu)選為0.5~2 μ m。
[0067]在分別制備陶瓷粉與助燒玻璃粉后，則Zn-B助燒玻璃、Zn-B-Si助燒玻璃、Ba-B-Si助燒玻璃、B1-B-Si助燒玻璃、Ba-Zn-B-Si助燒玻璃與B1-Zn-B-Si助燒玻璃中的一種或多種與所述陶瓷粉混合，得到低溫共燒陶瓷材料。
[0068]本發(fā)明提供了一種低溫共燒陶瓷材料的制備方法。在制備低溫共燒陶瓷材料的過(guò)程中，分別制備了陶瓷粉與助燒玻璃粉，然后將所述陶瓷粉與助燒玻璃粉混合，即得到低溫共燒陶瓷材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明制備的低溫共燒陶瓷粉可以在850~930°C實(shí)現(xiàn)致密成瓷，介電常數(shù)為30~45，損耗正切小于0.008，諧振頻率溫度系數(shù)小于±50ppm/°C，能夠?qū)崿F(xiàn)與Cu、Ag電極的共燒。
[0069]為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的低溫共燒陶瓷材料進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的保護(hù)范圍不受以下實(shí)施例的限制。
[0070]實(shí)施例1
[0071]將Imol的BaO粉、0.25mol的ZnO粉與2.75mol的TiO2粉混合，再加入占上述粉末總質(zhì)量80%的去離子水，混合均勻后進(jìn)行行星球磨，球磨時(shí)間為6h，得到混合粉末；將所述混合粉末烘干后在1100°C預(yù)燒6h，得到陶瓷塊。將所述陶瓷快破碎，行星球磨球磨介質(zhì)為異丙醇，得到0.5~3 μ m的陶瓷粉；
[0072]將50g的ZnO粉與50g的B2O3粉混合，加入異丙醇及氧化鋯球，濕法球磨12h ;球磨后的玻璃原料出料后于120°C烘干，于650°C預(yù)燒4h后成為瓷料；將所述瓷料加入溫度為15000C的坩堝中，快速熔化成玻璃液滴到冷輥上。經(jīng)冷淬后得到粒徑為15~500 μ m的非晶玻璃瓷料。將所述非晶玻璃瓷料經(jīng)過(guò)流化床氣流磨粉碎，得到分散性良好，粒徑為0.5~2 μ m的玻璃粉；
[0073]將87wt%的所述陶瓷粉與13wt%的所述玻璃粉裝入混料機(jī)，混合2h后得到低溫共燒陶瓷粉。
[0074]將本實(shí)施例制備的低溫共燒陶瓷粉進(jìn)行性能檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表1所示，表1為實(shí)施例I~9制備的低溫共燒陶瓷材料的性能數(shù)據(jù)表。
`[0075]實(shí)施例2
[0076]將Imol的BaO粉、0.25mol的ZnO粉與2.75mol的TiO2粉混合，再加入占上述粉末總質(zhì)量80%的去離子水，混合均勻后進(jìn)行行星球磨，球磨時(shí)間為6h，得到混合粉末；將所述混合粉末烘干后在1100°C預(yù)燒6h，得到陶瓷塊。將所述陶瓷快破碎，行星球磨球磨介質(zhì)為異丙醇，得到0.5~3 μ m的陶瓷粉；
[0077]將40g的Bi2O3粉、35g的B2O3粉與25g的SiO2粉混合，加入異丙醇及氧化鋯球，濕法球磨12h ;球磨后的玻璃原料出料后于120°C烘干，于650°C預(yù)燒4h后成為瓷料；將所述瓷料加入溫度為1500°C的坩堝中，快速熔化成玻璃液滴到冷輥上。經(jīng)冷淬后得到粒徑為15~500 μ m的非晶玻璃瓷料。將所述非晶玻璃瓷料經(jīng)過(guò)流化床氣流磨粉碎，得到分散性良好，粒徑為0.5~2 μ m的玻璃粉。
[0078]將89wt%的所述陶瓷粉與Ilwt%的所述玻璃粉裝入混料機(jī)中混合2h后得到低溫共燒陶瓷粉。
[0079]將本實(shí)施例制備的低溫共燒陶瓷粉進(jìn)行性能檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表1所示，表1為實(shí)施例I~9制備的低溫共燒陶瓷材料的性能數(shù)據(jù)表。
[0080]實(shí)施例3
[0081]將Imol的BaO粉、0.25mol的ZnO粉與4mol的TiO2粉混合，再加入占上述粉末總質(zhì)量80%的去離子水，混合均勻后進(jìn)行行星球磨，球磨時(shí)間為6h，得到混合粉末；將所述混合粉末烘干后在1100°C預(yù)燒6h，得到陶瓷塊。將所述陶瓷塊破碎，行星球磨球磨介質(zhì)為異丙醇，得到0.5~3μπι的陶瓷粉；[0082]將30g的BaO粉、30g的ZnO粉、25g的B2O3粉與15g的SiO2粉混合，加入異丙醇及氧化鋯球，濕法球磨12h ;球磨后的玻璃原料出料后于120°C烘干，于650°C預(yù)燒4h后成為瓷料；將所述瓷料加入溫度為1500°C的坩堝中，快速熔化成玻璃液滴到冷輥上。經(jīng)冷淬后得到粒徑為15~500 μ m的非晶玻璃瓷料。將所述非晶玻璃瓷料經(jīng)過(guò)流化床氣流磨粉碎，得到分散性良好，粒徑為0.5~2 μ m的玻璃粉。
[0083]將91wt%的所述陶瓷粉與9wt%的所述玻璃粉裝入混料機(jī)中混合2h后得到低溫共燒陶瓷粉。
[0084]將本實(shí)施例制備的低溫共燒陶瓷粉進(jìn)行性能檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表1所示，表1為實(shí)施例I~9制備的低溫共燒陶瓷材料的性能數(shù)據(jù)表。
[0085]實(shí)施例4
[0086]將Imol的BaO粉、0.5mol的ZnO粉與4mol的TiO2粉混合，再加入占上述粉末總質(zhì)量80%的去離子水，混合均勻后進(jìn)行行星球磨，球磨時(shí)間為6h，得到混合粉末；將所述混合粉末烘干后在1100°C預(yù)燒6h，得到陶瓷塊。將所述陶瓷塊破碎，行星球磨球磨介質(zhì)為異丙醇，得到0.5~3μπι的陶瓷粉。
[0087]將45g的BaO粉、45g的B2O3粉與IOg的SiO2粉混合，加入異丙醇及氧化鋯球，濕法球磨12h ;球磨后的玻璃原料出料后于120°C烘干，于650°C預(yù)燒4h后成為瓷料；將所述瓷料加入溫度為1500°C的坩堝中，快速熔化成玻璃液滴到冷輥上。經(jīng)冷淬后得到粒徑為15~500 μ m的非晶玻璃瓷料。將所述非晶玻璃瓷料經(jīng)過(guò)流化床氣流磨粉碎，得到分散性良好，粒徑為0.5~2μπι的玻璃粉。
[0088]將88wt%的所述陶瓷粉與12wt%的所述玻璃粉裝入混料機(jī)中混合2h后得到低溫共燒陶瓷粉。
[0089]將本實(shí)施例制備的低溫共燒陶瓷粉進(jìn)行性能檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表1所示，表1為實(shí)施例I~9制備的低溫共燒陶瓷材料的性能數(shù)據(jù)表。
[0090]實(shí)施例5
[0091]將Imol的BaO粉、0.5mol的ZnO粉與4.3mol的TiO2粉混合，再加入占上述粉末總質(zhì)量80%的去離子水，混合均勻后進(jìn)行行星球磨，球磨時(shí)間為6h，得到混合粉末；將所述混合粉末烘干后在1100°C預(yù)燒6h，得到陶瓷塊。將所述陶瓷塊破碎，行星球磨球磨介質(zhì)為異丙醇，得到0.5~3μπι的陶瓷粉。
[0092]將30g的ZnO粉、55g的B2O3粉與15g的SiO2粉混合，加入異丙醇及氧化鋯球，濕法球磨12h ;球磨后的玻璃原料出料后于120°C烘干，于650°C預(yù)燒4h后成為瓷料；將所述瓷料加入溫度為1500°C的坩堝中，快速熔化成玻璃液滴到冷輥上。經(jīng)冷淬后得到粒徑為15~500 μ m的非晶玻璃瓷料。將所述非晶玻璃瓷料經(jīng)過(guò)流化床氣流磨粉碎，得到分散性良好，粒徑為0.5~2μπι的玻璃粉。
[0093]將93wt%的所述陶瓷粉與7wt%的所述玻璃粉裝入混料機(jī)中混合2h后得到低溫共燒陶瓷粉。
[0094]將本實(shí)施例制備的低溫共燒陶瓷粉進(jìn)行性能檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表1所示，表1為實(shí)施例I~9制備的低溫共燒陶瓷材料的性能數(shù)據(jù)表。
[0095]實(shí)施例6
[0096]將Imol的BaO粉、0.5mol的ZnO粉與4.3mol的TiO2粉混合，再加入占上述粉末總質(zhì)量80%的去離子水，混合均勻后進(jìn)行行星球磨，球磨時(shí)間為6h，得到混合粉末；將所述混合粉末烘干后在1100°C預(yù)燒6h，得到陶瓷塊。將所述陶瓷快破碎，行星球磨球磨介質(zhì)為異丙醇，得到0.5~3 μ m的陶瓷粉；
[0097]將50g的ZnO粉與50g的B2O3粉混合，加入異丙醇及氧化鋯球，濕法球磨12h ;球磨后的玻璃原料出料后于120°C烘干，于650°C預(yù)燒4h后成為瓷料；將所述瓷料加入溫度為15000C的坩堝中，快速熔化成玻璃液滴到冷輥上。經(jīng)冷淬后得到粒徑為15~500 μ m的非晶玻璃瓷料。將所述非晶玻璃瓷料經(jīng)過(guò)流化床氣流磨粉碎，得到分散性良好，粒徑為0.5~2 μ m的Zn-B玻璃粉
[0098]將40g的Bi2O3粉、35g的B2O3粉與25g的SiO2粉混合，加入異丙醇及氧化鋯球，濕法球磨12h ;球磨后的玻璃原料出料后于120°C烘干，于650°C預(yù)燒4h后成為瓷料；將所述瓷料加入溫度為1500°C的坩堝中，快速熔化成玻璃液滴到冷輥上。經(jīng)冷淬后得到粒徑為15~500 μ m的非晶玻璃瓷料。將所述非晶玻璃瓷料經(jīng)過(guò)流化床氣流磨粉碎，得到分散性良好，粒徑為0.5~2 μ m的B1-B-Si玻璃粉。
[0099]將89wt%的所述陶瓷粉、9wt%的所述Zn-B玻璃粉與2wt%的所述B1-B-Si玻璃粉裝入混料機(jī)中混合2h后得到低溫共燒陶瓷粉。[0100]將本實(shí)施例制備的低溫共燒陶瓷粉進(jìn)行性能檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表1所示，表1為實(shí)施例I~9制備的低溫共燒陶瓷材料的性能數(shù)據(jù)表。
[0101]實(shí)施例7
[0102]將Imol的BaO粉、0.5mol的ZnO粉與4.3mol的TiO2粉混合，再加入占上述粉末總質(zhì)量80%的去離子水，混合均勻后進(jìn)行行星球磨，球磨時(shí)間為6h，得到混合粉末；將所述混合粉末烘干后在1100°C預(yù)燒6h，得到陶瓷塊。將所述陶瓷快破碎，行星球磨球磨介質(zhì)為異丙醇，得到0.5~3 μ m的陶瓷粉；
[0103]將40g的Bi2O3粉、35g的B2O3粉與25g的SiO2粉混合，加入異丙醇及氧化鋯球，濕法球磨12h ;球磨后的玻璃原料出料后于120°C烘干，于650°C預(yù)燒4h后成為瓷料；將所述瓷料加入溫度為1500°C的坩堝中，快速熔化成玻璃液滴到冷輥上。經(jīng)冷淬后得到粒徑為15~500 μ m的非晶玻璃瓷料。將所述非晶玻璃瓷料經(jīng)過(guò)流化床氣流磨粉碎，得到分散性良好，粒徑為0.5~2 μ m的B1-B-Si玻璃粉；
[0104]將30g的BaO粉、30g的ZnO粉、25g的B2O3粉與15g的SiO2粉混合，加入異丙醇及氧化鋯球，濕法球磨12h ;球磨后的玻璃原料出料后于120°C烘干，于650°C預(yù)燒4h后成為瓷料；將所述瓷料加入溫度為1500°C的坩堝中，快速熔化成玻璃液滴到冷輥上。經(jīng)冷淬后得到粒徑為15~500 μ m的非晶玻璃瓷料。將所述非晶玻璃瓷料經(jīng)過(guò)流化床氣流磨粉碎，得到分散性良好，粒徑為0.5~2 μ m的Ba-Zn-B-Si玻璃粉。
[0105]將88wt%的所述陶瓷粉、9wt%的B1-B-Si玻璃粉與2wt%的所述Ba-Zn-B-Si玻璃粉裝入混料機(jī)中混合2h后得到低溫共燒陶瓷粉。
[0106]將本實(shí)施例制備的低溫共燒陶瓷粉進(jìn)行性能檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表1所示，表1為實(shí)施例I~9制備的低溫共燒陶瓷材料的性能數(shù)據(jù)表。
[0107]實(shí)施例8
[0108]將Imol的BaO粉、0.25mol的ZnO粉與2.75mol的TiO2粉混合，再加入占上述粉末總質(zhì)量80%的去離子水，混合均勻后進(jìn)行行星球磨，球磨時(shí)間為6h，得到混合粉末；將所述混合粉末烘干后在1100°c預(yù)燒6h，得到陶瓷塊。將所述陶瓷快破碎，行星球磨球磨介質(zhì)為異丙醇，得到0.5~3 μ m的陶瓷粉；
[0109]將50g的ZnO粉與50g的B2O3粉混合，加入異丙醇及氧化鋯球，濕法球磨12h ;球磨后的玻璃原料出料后于120°C烘干，于650°C預(yù)燒4h后成為瓷料；將所述瓷料加入溫度為15000C的坩堝中，快速熔化成玻璃液滴到冷輥上。經(jīng)冷淬后得到粒徑為15~500 μ m的非晶玻璃瓷料。將所述非晶玻璃瓷料經(jīng)過(guò)流化床氣流磨粉碎，得到分散性良好，粒徑為0.5~2 μ m的Zn-B玻璃粉；
[0110]將40g的Bi2O3粉、35g的B2O3粉與25g的SiO2粉混合，加入異丙醇及氧化鋯球，濕法球磨12h ;球磨后的玻璃原料出料后于120°C烘干，于650°C預(yù)燒4h后成為瓷料；將所述瓷料加入溫度為1500°C的坩堝中，快速熔化成玻璃液滴到冷輥上。經(jīng)冷淬后得到粒徑為15~500 μ m的非晶玻璃瓷料。將所述非晶玻璃瓷料經(jīng)過(guò)流化床氣流磨粉碎，得到分散性良好，粒徑為0.5~2 μ m的B1-B-Si玻璃粉；
[0111]將35g的Bi2O3粉、35g的ZnO粉、20g的B2O3粉與IOg的SiO2粉混合，加入異丙醇及氧化鋯球，濕法球磨12h ;球磨后的玻璃原料出料后于120°C烘干，于650°C預(yù)燒4h后成為瓷料；將所述瓷料加入溫度為1500°C的坩堝中，快速熔化成玻璃液滴到冷輥上。經(jīng)冷淬后得到粒徑為15~500 μ m的非晶玻璃瓷料。將所述非晶玻璃瓷料經(jīng)過(guò)流化床氣流磨粉碎，得到分散性良好，粒徑為0.5~2 μ m的B1-Zn-B-Si玻璃粉；
[0112]將85wt%的所述陶瓷粉、2wt%的所述Zn-B玻璃粉、8wt%的所述B1-B-Si玻璃粉與5wt%的所述B1-Zn-B-Si玻璃粉裝入混料機(jī)中混合2h后得到低溫共燒陶瓷粉。
[0113]將本實(shí)施例制備的低溫共燒陶瓷粉進(jìn)行性能檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表1所示，表1為實(shí)施例I~9制備的低溫共燒陶瓷材料的性能數(shù)據(jù)表。
`[0114]實(shí)施例9
[0115]將Imol的BaO粉、0.5mol的ZnO粉與4mol的TiO2粉混合，再加入占上述粉末總質(zhì)量80%的去離子水，混合均勻后進(jìn)行行星球磨，球磨時(shí)間為6h，得到混合粉末；將所述混合粉末烘干后在1100°C預(yù)燒6h，得到陶瓷塊。將所述陶瓷塊破碎，行星球磨球磨介質(zhì)為異丙醇，得到0.5~3μπι的陶瓷粉。
[0116]將40g的Bi2O3粉、35g的B2O3粉與25g的SiO2粉混合，加入異丙醇及氧化鋯球，濕法球磨12h ;球磨后的玻璃原料出料后于120°C烘干，于650°C預(yù)燒4h后成為瓷料；將所述瓷料加入溫度為1500°C的坩堝中，快速熔化成玻璃液滴到冷輥上。經(jīng)冷淬后得到粒徑為15~500 μ m的非晶玻璃瓷料。將所述非晶玻璃瓷料經(jīng)過(guò)流化床氣流磨粉碎，得到分散性良好，粒徑為0.5~2 μ m的B1-B-Si玻璃粉；
[0117]將30g的BaO粉、30g的ZnO粉、25g的B2O3粉與15g的SiO2粉混合，加入異丙醇及氧化鋯球，濕法球磨12h ;球磨后的玻璃原料出料后于120°C烘干，于650°C預(yù)燒4h后成為瓷料；將所述瓷料加入溫度為1500°C的坩堝中，快速熔化成玻璃液滴到冷輥上。經(jīng)冷淬后得到粒徑為15~500 μ m的非晶玻璃瓷料。將所述非晶玻璃瓷料經(jīng)過(guò)流化床氣流磨粉碎，得到分散性良好，粒徑為0.5~2 μ m的Ba-Zn-B-Si玻璃粉。
[0118]將86wt%的所述陶瓷粉、I lwt%的所述B1-B-Si玻璃粉與3wt%的所述Ba-Zn-B-Si玻璃粉裝入混料機(jī)中混合2h后得到低溫共燒陶瓷粉。
[0119]將本實(shí)施例制備的低溫共燒陶瓷粉進(jìn)行性能檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表1所示，表1為實(shí)施例I~9制備的低溫共燒陶瓷材料的性能數(shù)據(jù)表。
[0120]表1實(shí)施例1~9制備的低溫共燒陶瓷材料的性能數(shù)據(jù)表
[0121]
【權(quán)利要求】
1.一種低溫共燒陶瓷材料，由以下組分組成: 79wt%~95wt%的陶瓷，5wt%~21wt%的助燒玻璃； 所述陶瓷由BaO、ZnO與TiO2組成； 所述助燒玻璃為Zn-B玻璃、Zn-B-Si玻璃、Ba-B-Si玻璃、B1-B-Si玻璃、Ba-Zn-B-Si玻璃與B1-Zn-B-Si玻璃中的一種或多種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫共燒陶瓷材料，其特征在于，所述BaO、ZnO與TiO2的摩爾比按照式(I)中各元素的摩爾比確定；
BaZnxT iy01+x+2y (I)； 其中，0.15≤X≤0.6，2.5≤y≤4.5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫共燒陶瓷材料，其特征在于，所述Zn-B玻璃由20wt%~70wt% 的 ZnO 與 30wt% ~80wt% 的 B2O3 組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫共燒陶瓷材料，其特征在于，所述Zn-B-Si玻璃由10wt% ~60wt% 的 Zn0、20wt% ~75wt% 的 B2O3 與 10wt% ~40wt% 的 SiO2 組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫共燒陶瓷材料，其特征在于，所述Ba-B-Si玻璃由20wt% ~50wt% 的 Ba0、40wt% ~65wt% 的 B2O3 與 10wt% ~20wt% 的 SiO2 組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫共燒陶瓷材料，其特征在于，所述B1-B-Si玻璃由30wt% ~70wt% 的 Bi203、20wt% ~45wt% 的 B2O3 與 10wt% ~25wt% 的 SiO2 組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫共燒陶瓷材料，其特征在于，所述Ba-Zn-B-Si玻璃由10wt% ~45wt% 的 Ba203、10wt% ~50wt% 的 ZnO、10wt% ~45wt% 的 B2O3 與 10wt% ~25wt% 的SiO2組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫共燒陶瓷材料，其特征在于，所述B1-Zn-B-Si玻璃由10wt% ~40wt% 的 Bi203、10wt% ~50wt% 的 ZnO、10wt% ~45wt% 的 B2O3 與 10wt% ~25wt% 的SiO2組成。
9.一種低溫共燒陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟: 將BaO、ZnO與TiO2混合，球磨后預(yù)燒，得到陶瓷燒塊，將所述陶瓷燒塊粉碎，得到陶瓷粉； 將ZnO與B2O3混合，球磨后預(yù)燒，得到燒塊，將所述燒塊熔化后得到玻璃液滴，將所述玻璃液滴冷淬后粉碎，得到Zn-B助燒玻璃粉； 將ZnO、B2O3與SiO2混合，球磨后預(yù)燒，得到燒塊，將所述燒塊熔化后得到玻璃液滴，將所述玻璃液滴冷淬后粉碎，得到Zn-B-Si助燒玻璃粉； 將Ba0、Bi203與SiO2混合，球磨后預(yù)燒，得到燒塊，將所述燒塊熔化后得到玻璃液滴，將所述玻璃液滴冷淬后粉碎，得到Ba-B-Si助燒玻璃粉； 將Bi203、B203與SiO2混合，球磨后預(yù)燒，得到燒塊，將所述燒塊熔化后得到玻璃液滴，將所述玻璃液滴冷淬后粉碎，得到B1-B-Si助燒玻璃粉； 將Ba203、ZnO、B2O3與SiO2混合，球磨后預(yù)燒，得到燒塊，將所述燒塊熔化后得到玻璃液滴，將所述玻璃液滴冷淬后粉碎，得到Ba-Zn-B-Si助燒玻璃粉； 將Bi203、ZnO、B2O3與SiO2混合，球磨后預(yù)燒，得到燒塊，將所述燒塊熔化后得到玻璃液滴，將所述玻璃液滴冷淬后粉碎，得到B1-Zn-B-Si助燒玻璃粉； 將所述Zn-B助燒玻璃、Zn-B-Si助燒玻璃、Ba-B-Si助燒玻璃、B1-B-Si助燒玻璃、Ba-Zn-B-Si助燒玻璃與B1-Zn-B-Si助燒玻璃中的一種或多種與所述陶瓷粉混合，得到低溫共燒陶瓷材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于，在制備陶瓷粉的步驟中，所述球磨的時(shí)間為6~24h，預(yù)燒的溫度為950~1200°C，時(shí)間為2~6h。
【文檔編號(hào)】C04B35/622GK103693966SQ201310681146
【公開(kāi)日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】李在映, 楊曉戰(zhàn), 雒文博, 劉明龍, 杜富貴, 江林 申請(qǐng)人:云南云天化股份有限公司