本發明專利技術公開了一種低溫燒結的鉍基微波介質陶瓷及其制備方法，該陶瓷材料結構表達式為：Bi(Fex/3Mo2x/3V1-x)O4，其中0.02≤x≤0.95。本發明專利技術的鉍基高K低溫燒結微波介質陶瓷材料具有以下特點：相對介電常數可調（32.8~75.5），低頻下介電損耗小（tanδ<5×10-4，1MHz），微波性能良好（Qf＝9,100GHz~13,200GHz），燒結溫度較低（800°C~840°C），諧振頻率溫度系數可調（-220ppm/°C~+240ppm/°C），化學組成及制備工藝簡單。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于電子陶瓷及其制備領域，特別涉及ー種低溫燒結的鉍基微波介質陶瓷及其制備方法。
技術介紹
隨著電子線路日益微型化、集成化和高頻化，電子元件必須尺寸小，具有高頻、高可靠、價格低廉和高集成度等特性。為移動通信器件和便攜終端進ー步小型化，通常采用多層集成電路技術(multilayer integration circuit, MLIC)制造片式微波介質諧振器、濾波器及具有優良高頻使用性能的片式陶瓷電容器(multilayer ceramic cap acitors,MLCC)等。低溫共燒陶瓷(low temperature cofired ceramic,LTCC)以其優異的電學、機械、熱學及エ藝特性，將成為未來電子器件集成化、模塊化的首選材料。開發和研究LTCC材料和エ藝是微波器件小型化的關鍵。LTCC產品性能的優劣首先取決于所選用材料的性能。LTCC陶瓷材料主要包括，微波器件材料、封裝材料和LTCC基板材料。介電常數是LTCC材料最關鍵的性能。要求介電常數在2 20000范圍內系列化以適用于不同的工作頻率。例如，相對介電常數為3. 8的基板適用于高速數字電路的設計；相對介電常數為6 80的基板可很好地完成高頻線路的設計；相對介電常數高達20000的基板，則可以使高容性器件集成到多層結構中。高頻化是數字產品發展必然的趨勢，發展低介電常數(低于10)的LTCC材料以滿足高頻和高速的要求是LTCC材料如何適應高頻應用的ー個挑戰。Ferro A6和Du Pont的901系統介電常數為5. 2 5. 9，ESL公司的4110-70C為4. 3 4. 7, NEC公司LTCC基板介電常數為3. 9左右，介電常數低達2. 5的介質體系正在研發之中。諧振器的尺寸大小與介電常數的平方根成反比，因此作為介質材料時，要求介電常數要大，以減小器件尺寸。目前，超低損耗或超高Q值、相對介電常數>100乃至>150的介質材料是研究的熱點。需要較大電容量的電路，可以采用高介電常數的材料，也可在LTCC介質陶瓷基板材料層中夾入有較大介電常數的介質材料層，其介電常數可在2(Γ100之間選擇。介電損耗也是射頻器件設計時ー個重要考慮參數，它直接與器件的損耗相關，理論上希望越小越好。目前，生產用于射頻器件的LTCC材料主要有DuPont (951、943)、Ferro(A6M、A6S)、Heraeus (CT700、CT800 和 CT2000)和 Electro-science Laboratories。他們不僅可以提供介電常數系列化的LTCC生瓷帶，而且也提供與其相匹配的布線材料。綜上所述，隨著微波介質陶瓷廣泛應用于介質諧振器、濾波器、介質波導、介質基板以及介質超材料等領域，為了滿足器件小型化以及集成化的發展需要，低溫共燒陶瓷技術(LTCC)以其不可替代的奇特優勢，逐漸成為器件開發制造的主流技木。因此，尋找、制備與研究高介電常數(ε ,40)、低損耗(Qf > 5000GHz)、近零諧振頻率溫度系數(TCF=0ppm/° C)、低燒結溫度(低于Ag、Cu、Au、Al等常用金屬的熔點)且跟金屬電極燒結匹配、低成本(不含或者含有少量貴重金屬)、環保(至少無鉛，盡量不含或者含有較少有毒原材料)的新型微波介質陶瓷成為了人們當前研究的熱點與重點。
技術實現思路
本專利技術解決的問題在于提供，該陶瓷不需要添加任何助燒劑就可以在780 840°C燒結的、可應用于LTCC的高性能鉍基微波介質陶瓷。本專利技術是通過以下技術方案來實現一種低溫燒結的鉍基微波介質陶瓷，該陶瓷的組成表述為Bi (Fex73Mo2x73V1^x) O4,其中 0. 02 彡 X 彡 0. 95。 所述的低溫燒結的鉍基微波介質陶瓷中，Bi3+離子占據A位，Fe3+、V5+和MoO6+構成的復合離子占據B位。所述的低溫燒結的鉍基微波介質陶瓷的燒結溫度為780 840°C，其相對介電常數為32. 8 75. 5，IMHz下介電損tan 8 <5X1(T4，微波性能Qf = 9，100 13，200GHz，諧振頻率溫度系數為-220 +240ppm/°C。一種低溫燒結的鉍基微波介質陶瓷的制備方法，包括以下步驟I)將鑰、鐵、釩和鉍的氧化物按照 Bi (Fex73Mo2x73V1^x)O4,0. 02 彡 x 彡 0. 95 中 Bi =Fe Mo V的摩爾比混合后充分球磨，球磨后烘干、過篩并壓制成塊狀體，然后在650 750°C下保溫4 10h，得到樣品燒塊；2)將樣品燒塊粉碎，充分球磨后烘干、造粒、過篩，將過篩后的粉末壓制成塊狀體，然后在650 750°C下保溫4 10h，得到二次樣品燒塊；3)將二次樣品燒塊粉碎，充分球磨后烘干、造粒、過篩，將過篩后的粉末壓制成型，然后在780 840°C下燒結2 5h成瓷，得到鉍基微波介質陶瓷。所述的鑰、鐵、釩和鉍的氧化物分別為Mo03、Fe203> V2O5和Bi203。所述的球磨時每次球磨時間為4 6h，烘干的溫度為100 150°C。所述的過篩，步驟1)、2)均為過200目的篩網，步驟3)為雙層過篩過60目與120目的篩網。所述的造粒是將粉體與聚乙烯醇的水溶液混合，然后制成微米級的球形顆粒。所述的步驟3)的燒結是在空氣氛圍下的燒結。所述的步驟3)的壓制成型是壓制成塊狀或圓柱狀。與現有技術相比，本專利技術具有以下有益的技術效果本專利技術提供的一種低溫燒結的鉍基微波介質陶瓷，以低熔點氧化物Mo03、Bi2O3作為主元，使得在低溫下燒結這種介質陶瓷材料成為可能。本專利技術根據晶體化學原理和電介質有關理論，以ABO4結構為基礎，采用Bi3+離子占據A位，使用高價態的Fe3+、V5+和MoO6+構成的復合離子占據B位，在沒有添加任何燒結助劑的前提下，可以在較低的溫度范圍(780° (T840° C)內燒結出致密的且具備優良微波介電性能的新型功能陶瓷，這類陶瓷可以作為射頻多層陶瓷電容器、片式微波介質諧振器或濾波器、低溫共燒陶瓷系統(LTCC)、陶瓷天線、多芯片組件(MCM)等介質材料使用。本專利技術的鉍基高K低溫燒結微波介質陶瓷材料具有以下特點相對介電常數可調(32. 8 75. 5)，低頻下介電損耗小&8118〈5\10-4，謹取)，微波性能良好(Qf=9，IOOGHz 13，200)，燒結溫度較低(780 ° (T840 ° C)，諧振頻率溫度系數可調(_220ppm/° C +240ppm/° C),化學組成及制備工藝簡單。本專利技術采用了最簡單有效的固相反應燒結的方法來制備，首先是選取合適比例的配方，選取合適的初始氧化物以及合適的取代物，通過一次球磨使得氧化物混合均勻，通過預燒結過程使得氧化物進行初步的反應，通過二次球磨細化反應物的顆粒尺寸，通過二次預燒使得樣品物相保持均一性，再通過第三次球磨的方法細化顆粒尺寸，最后通過燒結過程得到所需要的陶瓷樣品。通過這樣一種簡單易行的有效的制備方法，得到的陶瓷樣品的介電常數隨成分在32. 8^75. 5之間變化，Qf分布在9，IOOGHf 13，200GHz，諧振頻率溫度系數在TCF在-220ppm/° C +240ppm/° C之間可調，燒結溫度800° C 840° C，使之適用于LT本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
1.ー種低溫燒結的鉍基微波介質陶瓷，其特征在干，該陶瓷的組成表述為Bi (FexZ3Mo2xZ3Vh)O4,其中 O. 02 ≤ x≤O. 95。2.如權利要求I所述的低溫燒結的鉍基微波介質陶瓷，其特征在于，所述的陶瓷中，Bi3+離子占據A位，Fe3+、V5+和MoO6+構成的復合離子占據B位。3.如權利要求I所述的低溫燒結的鉍基微波介質陶瓷，其特征在于，所述陶瓷的燒結溫度為780 840°C，其相對介電常數為32. 8 75. 5，IMHz下介電損tan δ <5Χ 1θΛ微波性能Qf = 9，100 13，200GHz，諧振頻率溫度系數為-220 +240ppm/°C。4.ー種低溫燒結的鉍基微波介質陶瓷的制備方法，其特征在于，包括以下步驟1)將鑰、鐵、釩和鉍的氧化物按照Bi (Fex73Mo2x73V1^x)O4,0. 02 く x く O. 95 中 Bi Fe =Mo V的摩爾比混合后充分球磨，球磨后烘干、過篩并壓制成塊狀體，然后在650 750°C下保溫4 10h，得到樣品燒塊； 2)將樣品燒塊粉碎，充分球磨后烘干、造粒、過篩，將過篩后的粉末壓制成塊狀體，然后在650 750°...
【專利技術屬性】
技術研發人員：周迪，龐利霞，郭靖，姚熹，
申請(專利權)人：西安交通大學，
類型：發明
國別省市：
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