一种适合LTCC滤波器用的高介电常数低温共烧陶瓷粉体及其制备方法与流程

一种适合ltcc滤波器用的高介电常数低温共烧陶瓷粉体及其制备方法
技术领域
1.本发明属于电子陶瓷材料技术领域，具体涉及一种适合ltcc滤波器用的高介电常数低温共烧陶瓷粉体及其制备方法。


背景技术：

2.低温共烧陶瓷技术(low temperature co-fired ceramic,ltcc)是近年来兴起的一种令人瞩目的多学科交叉的整合组件技术。随着5g技术的应用，对ltcc微波无源元件、毫米波ltcc滤波器以及毫米波集成天线的需求量将越来越大。
3.ltcc滤波器的尺寸和ltcc材料的介电常数息息相关。为实现ltcc滤波器小型化之目的，则需要ltcc材料具有较大的介电常数。相关物理公式为：
[0004][0005]
其中d为滤波器中谐振器的尺寸(一般来说，谐振为圆柱体，所以这里d可代表谐振器的直径)，f0为谐振器的谐振频率，c为真空中的光速。可以看出，滤波器的尺寸与介电常数为反向变化。因此，提高ltcc材料的介电常数εr，将有利于缩小ltcc滤波器的尺寸。
[0006]
为提高ltcc材料的介电常数，需要高介电常数的介质陶瓷材料作为基体材料。目前，较为成熟的中高介电常数ltcc材料的相对介电常数基本小于60。为保持ltcc材料具有高介电常数(εr﹥70)和较低的烧结温度，以往的研究较多地集中在以li系介质陶瓷基体为研究对象，但li系介质陶瓷在烧结过程中容易产生li挥发，而且li系介质陶瓷的介电损耗相对较大，不利于实现商业化。


技术实现要素：

[0007]
本发明的目的在于提供一种适合ltcc滤波器用的高介电常数低温共烧陶瓷粉体及其制备方法，以解决现有技术中高介电常数ltcc材料的相对介电常数较低的问题。
[0008]
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
[0009]
一种适合ltcc滤波器用的高介电常数低温共烧陶瓷粉体，按照重量百分比计，包括15.0wt％-17.0wt％b2o
3-cao-sio
2-mgo-al2o3玻璃粉体、5.0wt％-7.0wt％bazn2ti4o
11
粉体和76.0wt％-80.0wt％bati
0.89v0.07
zr
0.02
o3粉体。
[0010]
进一步地，所述高介电常数低温共烧陶瓷粉体经过烧结以后的相对介电常数εr为78.7～81.2，品质因数值为q
×
f﹥5200，谐振频率温度系数τ
f-为-4.6ppm/℃～+5.5ppm/℃。
[0011]
进一步地，所述bati
0.89v0.07
zr
0.02
o3粉体，通过如下步骤制备：
[0012]
按bati
0.89v0.07
zr
0.02
o3化学计量比称量baco3、tio2、v2o5、zro2，然后加入无水乙醇为分散介质，以氧化锆球为球磨介质，在尼龙罐中进行球磨，浆料干燥后，在1150℃煅烧2h，得到bati
0.89v0.07
zr
0.02
o3粉体。
[0013]
进一步地，所述b2o
3-cao-sio
2-mgo-al2o3(以下简称bcsma)玻璃粉体，通过如下步
骤制备：
[0014]
按照重量百分比称取如下原料：
[0015]
h3bo3：67.2wt％；
[0016]
caco3：22.5wt％；
[0017]
sio2：5.6wt％；
[0018]
mgo：3.2wt％；
[0019]
al2o3：1.5wt％；
[0020]
将h3bo3、caco3、sio2、mgo、al2o3按照以上比例取样并进行干混，然后将混合物倒入pt坩埚内；将装有以上混合物的pt坩埚置于升降炉中，于1500℃温场中保温1h，得到玻璃液；将pt坩埚钳出，将玻璃液倒入水中淬冷，得到玻璃碎块，将玻璃碎块经干燥、对辊机粉碎、球磨、干燥后，得到bcsma玻璃粉体。
[0021]
进一步地，bazn2ti4o
11
粉体，通过如下步骤制备：
[0022]
按bazn2ti4o
11
化学计量比将baco3、zno、tio2称量后，倒入尼龙球磨罐，以无水乙醇为分散介质进行球磨，其中球磨介质为氧化锆球；经过干燥、煅烧，煅烧温度为1050℃，保温2h，后得到bazn2ti4o
11
粉体。
[0023]
一种适合ltcc滤波器用的高介电常数低温共烧陶瓷粉体的制备方法，包括如下步骤：
[0024]
按照配方称取b2o
3-cao-sio
2-mgo-al2o3玻璃粉体、bazn2ti4o
11
粉体和bati
0.89v0.07
zr
0.02
o3粉体，将各粉体称量后，置于尼龙球磨罐中，加入去离子水，以氧化锆球为球磨介质，在尼龙球磨罐中进行球磨，再将所得浆料再送入循环式搅拌磨中作进一步球磨，停止球磨后，烘干，得到低温共烧陶瓷粉体。
[0025]
进一步地，尼龙球磨罐中进行球磨至粒度d50≤7μm。
[0026]
进一步地，循环式搅拌磨进行进一步球磨至粒度d50≤1.3μm。
[0027]
本发明的有益效果：
[0028]
本发明提出了一种新型介质陶瓷粉体bati
0.89v0.07
zr
0.02
o3粉体，并将该粉体作为低温共烧陶瓷的基体材料，将b2o
3-cao-sio
2-mgo-al2o3作为烧结助剂，将bazn2ti4o
11
粉体作为调节谐振频率温度系数的调节物相，不仅实现了低温共烧陶瓷粉体的低温烧结，而且该低温共烧陶瓷粉体烧结致密后，具有优良的介电性能。
[0029]
本发明介电常数较高，可满足ltcc滤波器小型化要求；介电损耗较小，可满足5g频段使用要求；谐振频率温度系数在0左右并正负值可调，可满足谐振频率稳定的要求。
[0030]
本发明的低温共烧陶瓷粉体中不含pb等重金属元素，属于环保友好型材料。低温共烧陶瓷粉体中的玻璃粉体为b2o
3-cao-sio
2-mgo-al2o3体系，并选择了特定的组成点，该组分玻璃的特点是不仅软化点低(tg温度在580℃左右)，而且该组分玻璃耐水性强，经球磨后不吸水，因此确保了本体系低温共烧陶瓷粉体在940～950℃之间可以烧结致密。
[0031]
以往的发现往往采用含li的物相粉体作为高介电常数ltcc粉体的基体材料，但含li材料经常具有球磨时吸水、烧结时产生li挥发等缺点。因此，本发明采用一种全新物相bati
0.89v0.07
zr
0.02
o3粉体作为高介电常数ltcc粉体的基体材料。该bati
0.89v0.07
zr
0.02
o3粉体与bcsma玻璃粉体、bazn2ti4o
11
粉体组成低温共烧粉体后进行烧结后，烧结体的相对介电常数εr在78.7～81.2之间，并且介电损耗及谐振频率温度系数性能优良，可以满足高介电常
数ltcc滤波器的要求。
具体实施方式
[0032]
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0033]
实施例1
[0034]
本实施例提供一种bcsma玻璃粉体，通过如下步骤制备：
[0035]
按照重量百分比称取如下原料：
[0036]
h3bo3：67.2wt％；
[0037]
caco3：22.5wt％；
[0038]
sio2：5.6wt％；
[0039]
mgo：3.2wt％；
[0040]
al2o3：1.5wt％；
[0041]
将h3bo3、caco3、sio2、mgo、al2o3按照以上比例取样并进行干混，然后将混合物倒入pt坩埚内；将装有以上混合物的pt坩埚置于升降炉中，于1500℃温场中保温1h，得到玻璃液；将pt坩埚钳出，将玻璃液倒入水中淬冷，得到玻璃碎块，将玻璃碎块经干燥、对辊机粉碎、球磨、干燥后，得到bcsma玻璃粉体。
[0042]
实施例2
[0043]
本实施例提供一种bazn2ti4o
11
粉体，通过如下步骤制备：
[0044]
按bazn2ti4o
11
化学计量比将baco3、zno、tio2称量后，倒入尼龙球磨罐，以无水乙醇为分散介质进行球磨，其中球磨介质为氧化锆球。经过干燥、煅烧，煅烧温度为1050℃，保温2h，后得到bazn2ti4o
11
粉体。
[0045]
实施例3
[0046]
本实施例提供一种bati
0.89v0.07
zr
0.02
o3粉体，通过如下步骤制备：
[0047]
按bati
0.89v0.07
zr
0.02
o3化学计量比称量baco3、tio2、v2o5、zro2，然后加入无水乙醇为分散介质，以氧化锆球为球磨介质，在尼龙罐中进行球磨，浆料干燥后，在1150℃煅烧2h，得到bati
0.89v0.07
zr
0.02
o3粉体。
[0048]
实施例4
[0049]
本实施例提供一种适合ltcc滤波器用的高介电常数低温共烧陶瓷粉体，通过如下步骤制备：
[0050]
按照重量百分比称取实施例1制备的bcsma玻璃粉体15.0wt％、实施例2制备的bazn2ti4o
11
粉体7.0wt％、实施例3制备的bati
0.89v0.07
zr
0.02
o3粉体78.0wt％，将各粉体称量后，置于尼龙球磨罐中，加入去离子水，以氧化锆球为球磨介质，在尼龙球磨罐中进行球磨，待粒度d50达到7μm后，将所得浆料再送入循环式搅拌磨(内衬为氧化锆材质，磨珠为直径1mm氧化锆球)中作进一步球磨，待粒度d50达到1.3μm时，停止球磨，将浆料烘干后，得到低温共烧陶瓷粉体。
[0051]
将以上陶瓷粉体经造粒、压片后，在940℃烧结3h，陶瓷烧结致密。其相对介电常数
εr为79.1，q
×
f值为5235，谐振频率温度系数为-0.1ppm/℃。
[0052]
实施例5
[0053]
本实施例提供一种适合ltcc滤波器用的高介电常数低温共烧陶瓷粉体，通过如下步骤制备：
[0054]
按照重量百分比称取实施例1制备的bcsma玻璃粉体15.0wt％、实施例2制备的bazn2ti4o
11
粉体5.0wt％、实施例3制备的bati
0.89v0.07
zr
0.02
o3粉体80.0wt％，将各粉体称量后，置于尼龙球磨罐中，加入适量去离子水，以氧化锆球为球磨介质，在尼龙球磨罐中进行球磨，待粒度d50达到7μm后，将所得浆料再送入循环式搅拌磨(内衬为氧化锆材质，磨珠为直径1mm氧化锆球)中作进一步球磨，待粒度d50达到1.3μm时，停止球磨，将浆料烘干后，得到低温共烧陶瓷粉体。
[0055]
将以上陶瓷粉体经造粒、压片后，在950℃烧结3h，陶瓷烧结致密。其相对介电常数εr为81.2，q
×
f值为5210，谐振频率温度系数为+5.5ppm/℃。
[0056]
实施例6
[0057]
本实施例提供一种适合ltcc滤波器用的高介电常数低温共烧陶瓷粉体，通过如下步骤制备：
[0058]
按照重量百分比称取实施例1制备的bcsma玻璃粉体17.0wt％、实施例2制备的bazn2ti4o
11
粉体7.0wt％、实施例3制备的bati
0.89v0.07
zr
0.02
o3粉体76.0wt％，将各粉体称量后，置于尼龙球磨罐中，加入适量去离子水，以氧化锆球为球磨介质，在尼龙球磨罐中进行球磨，待粒度d50达到7μm后，将所得浆料再送入循环式搅拌磨(内衬为氧化锆材质，磨珠为直径1mm氧化锆球)中作进一步球磨，待粒度d50达到1.3μm时，停止球磨，将浆料烘干后，得到低温共烧陶瓷粉体。
[0059]
将以上陶瓷粉体经造粒、压片后，在940℃烧结3h，陶瓷烧结致密。其相对介电常数εr为78.7，q
×
f值为5336，谐振频率温度系数为-4.6ppm/℃。
[0060]
实施例7
[0061]
本实施例提供一种适合ltcc滤波器用的高介电常数低温共烧陶瓷粉体，通过如下步骤制备
[0062]
按照重量百分比称取实施例1制备的bcsma玻璃粉体17.0wt％、实施例2制备的bazn2ti4o
11
粉体5.0wt％、实施例3制备的bati
0.89v0.07
zr
0.02
o3粉体78.0wt％，将各粉体称量后，置于尼龙球磨罐中，加入适量去离子水，以氧化锆球为球磨介质，在尼龙球磨罐中进行球磨，待粒度d50达到7μm后，将所得浆料再送入循环式搅拌磨(内衬为氧化锆材质，磨珠为直径1mm氧化锆球)中作进一步球磨，待粒度d50达到1.3μm时，停止球磨，将浆料烘干后，得到低温共烧陶瓷粉体。
[0063]
将以上陶瓷粉体经造粒、压片后，在950℃烧结3h，陶瓷烧结致密。其相对介电常数εr为78.9，q
×
f值为5325，谐振频率温度系数为+1.2ppm/℃。
[0064]
实施例8
[0065]
本实施例提供一种适合ltcc滤波器用的高介电常数低温共烧陶瓷粉体，通过如下步骤制备：
[0066]
按照重量百分比称取实施例1制备的bcsma玻璃粉体16.0wt％、实施例2制备的bazn2ti4o
11
粉体6.0wt％、实施例3制备的bati
0.89v0.07
zr
0.02
o3粉体78.0wt％，将各粉体称量
后，置于尼龙球磨罐中，加入适量去离子水，以氧化锆球为球磨介质，在尼龙球磨罐中进行球磨，待粒度d50达到7μm后，将所得浆料再送入循环式搅拌磨(内衬为氧化锆材质，磨珠为直径1mm氧化锆球)中作进一步球磨，待粒度d50达到1.3μm时，停止球磨，将浆料烘干后，得到低温共烧陶瓷粉体。
[0067]
将以上陶瓷粉体经造粒、压片后，在950℃烧结3h，陶瓷烧结致密。其相对介电常数εr为79.2，q
×
f值为5217，谐振频率温度系数为+1.2ppm/℃。
[0068]
对比例1
[0069]
按照重量百分比称取实施例1制备的bcsma玻璃粉体15.0wt％、实施例2制备的bazn2ti4o
11
粉体5.0wt％、batio3粉体80.0wt％，将各粉体称量后，置于尼龙球磨罐中，加入适量去离子水，以氧化锆球为球磨介质，在尼龙球磨罐中进行球磨，待粒度d50达到7μm后，将所得浆料再送入循环式搅拌磨(内衬为氧化锆材质，磨珠为直径1mm氧化锆球)中作进一步球磨，待粒度d50达到1.3μm时，停止球磨，将浆料烘干后，得到低温共烧陶瓷粉体。
[0070]
将以上陶瓷粉体经造粒、压片后，在950℃烧结3h，陶瓷烧结致密。其相对介电常数εr为57.8，q
×
f值为4830，谐振频率温度系数为+53.9ppm/℃。
[0071]
本对比例与实施例5相比，采用传统的batio3粉体，则bcsma玻璃粉体、bazn2ti4o
11
粉体、batio3粉体的混合粉体经烧结后的介电常数只能达到57.8。
[0072]
本发明实施例4-实施例5中将b2o
3-cao-sio
2-mgo-al2o3作为烧结助剂，将bazn2ti4o
11
粉体作为调节谐振频率温度系数的调节物相，不仅实现了低温共烧陶瓷粉体的低温烧结，而且该低温共烧陶瓷粉体烧结致密后，具有优良的介电性能。
[0073]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0074]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种适合ltcc滤波器用的高介电常数低温共烧陶瓷粉体，其特征在于，按照重量百分比计，包括15.0wt％-17.0wt％b2o
3-cao-sio
2-mgo-al2o3玻璃粉体、5.0wt％-7.0wt％bazn2ti4o
11
粉体和76.0wt％-80.0wt％bati
0.89v0.07
zr
0.02
o3粉体。2.根据权利要求1所述的一种适合ltcc滤波器用的高介电常数低温共烧陶瓷粉体，其特征在于，所述高介电常数低温共烧陶瓷粉体经过烧结以后的相对介电常数ε
r
为78.7～81.2，品质因数值为q
×
f﹥5200，谐振频率温度系数τ
f-为-4.6ppm/℃～+5.5ppm/℃。3.根据权利要求1所述的一种适合ltcc滤波器用的高介电常数低温共烧陶瓷粉体，其特征在于，所述bati
0.89v0.07
zr
0.02
o3粉体，通过如下步骤制备：按bati
0.89v0.07
zr
0.02
o3化学计量比称量baco3、tio2、v2o5、zro2，加入无水乙醇，在尼龙罐中进行球磨，球磨结束后进行干燥，在1150℃煅烧2h，得到bati
0.89v0.07
zr
0.02
o3粉体。4.根据权利要求1所述的一种适合ltcc滤波器用的高介电常数低温共烧陶瓷粉体，其特征在于，所述b2o
3-cao-sio
2-mgo-al2o3玻璃粉体，通过如下步骤制备：按照重量百分比称取如下原料：h3bo3：67.2wt％、caco3：22.5wt％、sio2：5.6wt％、mgo：3.2wt％和al2o3：1.5wt％；进行干混，然后将混合物倒入pt坩埚内；将装有以上混合物的pt坩埚置于升降炉中，于1500℃温场中保温1h，得到玻璃液；将玻璃液倒入水中淬冷，得到玻璃碎块，将玻璃碎块经干燥、对辊机粉碎、球磨、干燥后，得到b2o
3-cao-sio
2-mgo-al2o3玻璃粉体。5.根据权利要求1所述的一种适合ltcc滤波器用的高介电常数低温共烧陶瓷粉体，其特征在于，bazn2ti4o
11
粉体，通过如下步骤制备：按bazn2ti4o
11
化学计量比将baco3、zno、tio2称量后，加入无水乙醇，在尼龙球磨罐进行球磨，经过干燥、煅烧，煅烧温度为1050℃，保温2h，后得到bazn2ti4o
11
粉体。6.根据权利要求1所述的一种适合ltcc滤波器用的高介电常数低温共烧陶瓷粉体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：按照配方称取b2o
3-cao-sio
2-mgo-al2o3玻璃粉体、bazn2ti4o
11
粉体和bati
0.89v0.07
zr
0.02
o3粉体，置于尼龙球磨罐中，加入去离子水，进行球磨，再将所得浆料再送入循环式搅拌磨中作进一步球磨，停止球磨后，烘干，得到低温共烧陶瓷粉体。7.根据权利要求6所述的一种适合ltcc滤波器用的高介电常数低温共烧陶瓷粉体的制备方法，其特征在于，尼龙球磨罐中进行球磨至粒度d50≤7μm。8.根据权利要求6所述的一种适合ltcc滤波器用的高介电常数低温共烧陶瓷粉体的制备方法，其特征在于，循环式搅拌磨进行进一步球磨至粒度d50≤1.3μm。

技术总结
本发明公开了一种适合LTCC滤波器用的高介电常数低温共烧陶瓷粉体及其制备方法，属于电子陶瓷材料技术领域，包括15.0wt％-17.0wt％B2O


技术研发人员：管恩祥 任思佳
受保护的技术使用者：安徽宁晶新材料科技有限公司
技术研发日：2023.07.03
技术公布日：2023/10/6