本發(fā)明涉及電子材料領(lǐng)域，特別是涉及到一種微波復(fù)相陶瓷Li₂WO₄-TiO₂及其制備方法。

背景技術(shù)：

微波介質(zhì)陶瓷指適用于微波頻段(300MHz～3000GHz)的低損耗、溫度穩(wěn)定的信息功能陶瓷材料，廣泛應(yīng)用于諧振器、濾波器、電容器、振蕩器、雙工器、介質(zhì)波導(dǎo)、基板和天線等，是移動通信、衛(wèi)星通信、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)、軍事雷達(dá)、無線局域網(wǎng)(WLAN)以及物聯(lián)網(wǎng)(IOT)等現(xiàn)代微波通信技術(shù)的關(guān)鍵材料，對微波元器件的小型化和提高器件的選擇性具有重要的意義。近年來隨著微波通訊技術(shù)的迅猛發(fā)展，微波介質(zhì)陶瓷成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，日益受到各國的高度重視。微波介質(zhì)陶瓷的介電性能主要包括三個參數(shù)：介電常數(shù)ε_r、介電損耗tanδ(品質(zhì)因數(shù)Q＝1/tanδ)以及諧振頻率溫度系數(shù)τ_f。高性能的微波介質(zhì)陶瓷不同于一般的功能陶瓷，它需要滿足相對介電常數(shù)大、品質(zhì)因數(shù)高、諧振頻率溫度系數(shù)近0且可調(diào)等要求。

為了降低成本，必須制備具有較低燒結(jié)溫度的陶瓷。LTCC材料作為整個低溫共燒陶瓷技術(shù)的基礎(chǔ)，其中電極材料和基板材料的化學(xué)兼容性問題是本課題研究的主要內(nèi)容之一。本發(fā)明選用Ag金屬作為電極材料，主要是因?yàn)槠鋵?dǎo)電率高、烙點(diǎn)相對較低(961℃)和燒結(jié)過程中不易被氧化的優(yōu)點(diǎn)。為了能夠與Ag電極進(jìn)行共燒，LTCC材料的最佳燒結(jié)溫度不得髙于950℃，且與Ag電極不發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)。然而，大多數(shù)性能優(yōu)異的陶瓷介質(zhì)材料的燒結(jié)溫度都相對較高，需要大力研發(fā)低溫?zé)Y(jié)的微波陶瓷。為此我們發(fā)明了一種新的低溫?zé)Y(jié)微波復(fù)合陶瓷Li₂WO₄-TiO₂及其制備方法，具有優(yōu)異的微波介電性能，解決了以上技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一是提供一種適于低溫?zé)Y(jié)的、具有優(yōu)良介電性能的微波復(fù)合陶瓷，可以微波封裝和微波基板材料應(yīng)用在毫米波領(lǐng)域的微波復(fù)相陶瓷Li₂WO₄-TiO₂；目的之二是提供微波復(fù)相陶瓷Li₂WO₄-TiO₂制備方法。

本發(fā)明的目的之一可通過如下技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)：

該微波復(fù)相陶瓷Li₂WO₄-TiO₂的化學(xué)表達(dá)式為(1-z)Li₂WO₄-zTiO₂,其中z＝0.05～0.25摩爾比含量；以Li₂O、WO₃和TiO₂為原料，按照Li₂O：WO₃：TiO₂＝(1-z)：(1-z)：z摩爾比制成。

本發(fā)明的目的之一還可通過如下技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)：

進(jìn)一步，所述的原料為Li₂O、WO₃和TiO₂按照Li₂O：WO₃：TiO₂＝(1-(0.1～0.2)):(1-(0.1～0.2)):0.1～0.2摩爾比配比混合而成。

更進(jìn)一步，所述的原料為Li₂O、WO₃和TiO₂按照Li₂O：WO₃：TiO₂＝0.85:0.85:0.15摩爾比配比混合而成。

本發(fā)明的目的之二可通過如下技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)：

用上述的原料制備微波復(fù)相陶瓷Li₂WO₄-TiO₂的制備方法，所述的制備方法按如下步驟進(jìn)行：

步驟1，按照原料配比稱取原料；

步驟2，將步驟1的原料放入球磨機(jī)中，加入去離子水和氧化鋯球，球磨2～6小時，再將球磨后的原料烘干，過篩，得顆粒均勻的粉料；

步驟3，將經(jīng)過步驟2處理的粉料升溫至500℃-550℃，保溫2～4小時，得預(yù)燒料；

步驟4，將經(jīng)過步驟3處理的預(yù)燒料放入球磨機(jī)中，加入去離子水和氧化鋯球，球磨4～12小時，最后將球磨后的原料烘干；

步驟5，取步驟4經(jīng)烘干后的預(yù)燒料加入聚丙烯醇PVA溶液，造粒，再用粉末壓片機(jī)壓制成坯體；

步驟6，將坯體在空氣中于650～850℃下經(jīng)過2～4小時燒制，得產(chǎn)品。

本發(fā)明的目的之二還可通過如下技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)：

進(jìn)一步，步驟2中所述的球磨時間為4小時；步驟3中所述的升溫為525℃，保溫3小時；步驟4中所述的球磨時間為8小時；步驟6中所述的坯體于700℃下燒制3小時。

更進(jìn)一步，該微波復(fù)相陶瓷Li₂WO₄-TiO₂的制備方法還包括，在步驟6之后，通過網(wǎng)絡(luò)分析儀測試制品的微波介電性能，測試的微波介電性能包括介電常數(shù)ε_r、品質(zhì)因數(shù)Qf以及諧振頻率溫度系數(shù)τ_f。

本發(fā)明中的微波復(fù)相陶瓷Li₂WO₄-TiO₂及其制備方法，屬于電子材料技術(shù)領(lǐng)域。該陶瓷以Li₂WO₄為主晶相材料，而以TiO₂調(diào)節(jié)溫度系數(shù)。以高純度的Li₂CO₃、WO₃和TiO₂為原料經(jīng)球磨、干燥、過篩、聚乙烯醇PVA造粒、成型和排膠處理后在空氣中于650～850℃下經(jīng)過2～4小時燒成；并通過埋燒的燒結(jié)方式來解決Li₂CO₃的揮發(fā)問題。本發(fā)明制備的低溫?zé)Y(jié)微波陶瓷材料，具有小的介電常數(shù)ε_r(7～13)和高的Q值(Qf介于50000～75000)，頻率溫度系數(shù)優(yōu)異(-30ppm/℃≤τ_f≤+5ppm/℃)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的微波復(fù)相陶瓷Li₂WO₄-TiO₂制備方法的一具體實(shí)施例的流程圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。以下實(shí)施例所涉及的配方是非限定性實(shí)施方式，只是用于具體說明本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員完全可以根據(jù)本發(fā)明的思路和選料配比篩選出的配方均為本發(fā)明的保護(hù)范圍。

參照圖1：

在步驟101，Li₂O、WO₃和TiO₂按照Li₂O：WO₃：TiO₂＝(1-z)：(1-z)：z摩爾比配比稱取原料。

在步驟102，將步驟101的原料放入球磨機(jī)中，加入去離子水和氧化鋯球，球磨2～6小時；再將球磨后的原料于80℃烘干，過40目篩，獲得顆粒均勻的粉料。

在步驟103，將步驟102的過篩后的粉料于500℃-550℃預(yù)燒，并在此溫度下保溫2～4小時。

在步驟104，將步驟103的預(yù)燒料放入球磨罐中，加入去離子水和氧化鋯球，球磨4～12小時；再將球磨后的原料于80℃烘干。

在步驟105，烘干后外加聚丙烯醇PVA溶液作為粘合劑造粒，烘干后過80目篩，獲得顆粒均勻的粉料，用粉末壓片機(jī)壓制成坯體。

在步驟106，將上述坯體在空氣中于650～850℃下經(jīng)過2～4小時燒成，制成低溫?zé)Y(jié)小介電常數(shù)微波復(fù)合陶瓷。

在步驟107，通過網(wǎng)絡(luò)分析儀測試制品的微波介電性能。測試的微波介電性能包括介電常數(shù)ε_r、介電損耗tanδ(品質(zhì)因數(shù)Q＝1/tanδ)以及諧振頻率溫度系數(shù)τ_f。

本發(fā)明的陶瓷具有較低的燒結(jié)溫度，介電常數(shù)較小，品質(zhì)因數(shù)較高，諧振頻率溫度系數(shù)優(yōu)異，可以用于微波基板材料和微波封裝陶瓷。本發(fā)明工藝簡單，過程無污染，是一種有前途的小介電常數(shù)微波介質(zhì)材料。

以下為本發(fā)明的幾個具體應(yīng)用實(shí)施例。

實(shí)施例1：

該微波復(fù)相陶瓷Li₂WO₄-TiO₂的化學(xué)表達(dá)式為(Li₂WO₄)_0.75-(TiO₂)_0.25，其制備方法為：

用上述的原料制備微波復(fù)相陶瓷Li₂WO₄-TiO₂的方法，該方法按如下步驟進(jìn)行：

步驟1，將高純度的Li₂O、WO₃和TiO₂按照Li₂O：WO₃：TiO₂＝0.75：0.75：0.25摩爾比配比稱取原料。

步驟2，將步驟1的原料放入行星式球磨機(jī)里，加入去離子水和氧化鋯球，球磨6小時，再將球磨后的原料在電熱鼓風(fēng)式干燥箱里于80℃條件下烘干，烘干后的粉料過40目篩，得顆粒均勻的粉料；

步驟3，將經(jīng)過步驟2處理的粉料升溫至550℃，保溫2小時，得預(yù)燒料；

步驟4，將經(jīng)過步驟3處理的預(yù)燒料放入球磨機(jī)中，然后在聚氨酯球磨機(jī)中加入去離子水和氧化鋯球，球磨12小時，最后將球磨后的原料于80℃下烘干；

步驟5，取步驟4經(jīng)烘干后的預(yù)燒料加入聚丙烯醇PVA溶液，造粒，再用粉末壓片機(jī)壓制成坯體，壓制成一定尺寸的圓柱形坯體；

步驟6，將坯體在空氣中于850℃下經(jīng)過4小時燒制，得產(chǎn)品。隨爐冷卻之后經(jīng)測試，介電性能為ε_r＝7；Qf＝75000，τ_f＝-30ppm/℃。

實(shí)施例2：

該微波復(fù)相陶瓷Li₂WO₄-TiO₂的化學(xué)表達(dá)式為(Li₂WO₄)_0.95-(TiO₂)_0.05，其制備方法為：

用上述的原料制備微波復(fù)相陶瓷Li₂WO₄-TiO₂的方法，該方法按如下步驟進(jìn)行：

步驟1，將高純度的Li₂O、WO₃和TiO₂按照Li₂O：WO₃：TiO₂＝0.95：0.95：0.05摩爾比配比稱取原料。

步驟2，將步驟1的原料放入行星式球磨機(jī)里，加入去離子水和氧化鋯球，球磨6小時，再將球磨后的原料在電熱鼓風(fēng)式干燥箱里于80℃條件下烘干，烘干后的粉料過40目篩，得顆粒均勻的粉料；

步驟3，將經(jīng)過步驟2處理的粉料升溫至500℃，保溫4小時，得預(yù)燒料；

步驟4，將經(jīng)過步驟3處理的預(yù)燒料放入球磨機(jī)中，然后在聚氨酯球磨機(jī)中加入去離子水和氧化鋯球，球磨4小時，最后將球磨后的原料于80℃下烘干；

步驟5，取步驟4經(jīng)烘干后的預(yù)燒料加入聚丙烯醇PVA溶液，造粒，再用粉末壓片機(jī)壓制成坯體，壓制成一定尺寸的圓柱形坯體；

步驟6，將坯體在空氣中于650℃下經(jīng)過2小時燒制，得產(chǎn)品。隨爐冷卻之后經(jīng)測試，介電性能為ε_r＝13；Qf＝50000，τ_f＝5ppm/℃。

實(shí)施例3：

該微波復(fù)相陶瓷Li₂WO₄-TiO₂的化學(xué)表達(dá)式為(Li₂WO₄)_0.8-(TiO₂)_0.2，其制備方法為：

用上述的原料制備微波復(fù)相陶瓷Li₂WO₄-TiO₂的方法，該方法按如下步驟進(jìn)行：

步驟1，將高純度的Li₂O、WO₃和TiO₂按照Li₂O：WO₃：TiO₂＝0.8：0.8：0.2摩爾比配比稱取原料。

步驟2，將步驟1的原料放入行星式球磨機(jī)里，加入去離子水和氧化鋯球，球磨4小時，再將球磨后的原料在電熱鼓風(fēng)式干燥箱里于80℃條件下烘干，烘干后的粉料過40目篩，得顆粒均勻的粉料；

步驟3，將經(jīng)過步驟2處理的粉料升溫至550℃，保溫4小時，得預(yù)燒料；

步驟4，將經(jīng)過步驟3處理的預(yù)燒料放入球磨機(jī)中，然后在聚氨酯球磨機(jī)中加入去離子水和氧化鋯球，球磨4小時，最后將球磨后的原料于80℃下烘干；

步驟5，取步驟4經(jīng)烘干后的預(yù)燒料加入聚丙烯醇PVA溶液，造粒，再用粉末壓片機(jī)壓制成坯體，壓制成一定尺寸的圓柱形坯體；

步驟6，將坯體在空氣中于680℃下經(jīng)過3小時燒制，得產(chǎn)品。隨爐冷卻之后經(jīng)測試，介電性能為ε_r＝10.6；Qf＝65500，τ_f＝-14.9ppm/℃。

實(shí)施例4：

該微波復(fù)相陶瓷Li₂WO₄-TiO₂的化學(xué)表達(dá)式為(Li₂WO₄)_0.9-(TiO₂)_0.1，其制備方法為：

用上述的原料制備微波復(fù)相陶瓷Li₂WO₄-TiO₂的方法，該方法按如下步驟進(jìn)行：

步驟1，將高純度的Li₂O、WO₃和TiO₂按照Li₂O：WO₃：TiO₂＝0.9：0.9：0.1摩爾比配比稱取原料。

步驟2，將步驟1的原料放入行星式球磨機(jī)里，加入去離子水和氧化鋯球，球磨4小時，再將球磨后的原料在電熱鼓風(fēng)式干燥箱里于80℃條件下烘干，烘干后的粉料過40目篩，得顆粒均勻的粉料；

步驟3，將經(jīng)過步驟2處理的粉料升溫至525℃，保溫3小時，得預(yù)燒料；

步驟4，將經(jīng)過步驟3處理的預(yù)燒料放入球磨機(jī)中，然后在聚氨酯球磨機(jī)中加入去離子水和氧化鋯球，球磨8小時，最后將球磨后的原料于80℃下烘干；

步驟5，取步驟4經(jīng)烘干后的預(yù)燒料加入聚丙烯醇PVA溶液，造粒，再用粉末壓片機(jī)壓制成坯體，壓制成一定尺寸的圓柱形坯體；

步驟6，將坯體在空氣中于700℃下經(jīng)過3小時燒制，得產(chǎn)品。隨爐冷卻之后經(jīng)測試，介電性能為ε_r＝12.8；Qf＝51833，τ_f＝4.7ppm/℃。

實(shí)施例5：

該微波復(fù)相陶瓷Li₂WO₄-TiO₂的化學(xué)表達(dá)式為(Li₂WO₄)_0.85-(TiO₂)_0.15，其制備方法為：

用上述的原料制備微波復(fù)相陶瓷Li₂WO₄-TiO₂的方法，該方法按如下步驟進(jìn)行：

步驟1，將高純度的Li₂O、WO₃和TiO₂按照Li₂O：WO₃：TiO₂＝0.85：0.85：0.15摩爾比配比稱取原料。

步驟2，將步驟1的原料放入行星式球磨機(jī)里，加入去離子水和氧化鋯球，球磨4小時，再將球磨后的原料在電熱鼓風(fēng)式干燥箱里于80℃條件下烘干，烘干后的粉料過40目篩，得顆粒均勻的粉料；

步驟3，將經(jīng)過步驟2處理的粉料升溫至525℃，保溫2小時，得預(yù)燒料；

步驟4，將經(jīng)過步驟3處理的預(yù)燒料放入球磨機(jī)中，然后在聚氨酯球磨機(jī)中加入去離子水和氧化鋯球，球磨12小時，最后將球磨后的原料于80℃下烘干；

步驟5，取步驟4經(jīng)烘干后的預(yù)燒料加入聚丙烯醇PVA溶液，造粒，再用粉末壓片機(jī)壓制成坯體，壓制成一定尺寸的圓柱形坯體；

步驟6，將坯體在空氣中于830℃下經(jīng)過3小時燒制，得產(chǎn)品。隨爐冷卻之后經(jīng)測試，介電性能為ε_r＝7.8；Qf＝72845，τ_f＝-28.6ppm/℃。

以上所述，僅為本發(fā)明其中的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明專利的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明專利揭示的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明專利的保護(hù)范圍之內(nèi)。