一种五氧化二铌掺杂锌硼硅系微晶玻璃及其制备方法

技术领域

本发明涉及微波介质材料技术领域，尤其涉及一种五氧化二铌掺杂锌硼硅系微晶玻璃及其制备方法。

背景技术

低温共烧陶瓷(Low temperature co-fired ceramic，LTCC)是现代微电子封装的重要复合材料，是一种成熟的电子器件和电路封装多层技术。如今，随着电子设备进一步小型化，需要开发低介电常数和低损耗的LTCC材料，以满足高信号传播速度和高可靠性的要求。

ZnO-B

综上所述，随着工业生产对高频通信技术的需求进一步提高，现有的LTCC材料难于满足其应用需求，亟需提供一种硼含量低，介电性能可调的微晶玻璃，以促进LTCC材料的进一步发展。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种五氧化二铌掺杂锌硼硅系微晶玻璃及其制备方法。本发明提供的五氧化二铌掺杂锌硼硅系微晶玻璃硼含量低，介电性能可调，并且致密性好，烧结温度低。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种五氧化二铌掺杂锌硼硅系微晶玻璃，组成包括ZnO、B

优选的，所述五氧化二铌掺杂锌硼硅系微晶玻璃在室温、1MHz测试频率下的介电常数为4.4～6.1，介电损耗为0.48×10

本发明还提供了上述方案所述的五氧化二铌掺杂锌硼硅系微晶玻璃的制备方法，包括以下步骤：

将ZnO、H

将所述玻璃体球磨，得到玻璃粉；

将所述玻璃粉和粘结剂混合后依次进行陈腐、造粒和压制成型，得到素坯；

将所述素坯进行烧结，得到所述五氧化二铌掺杂锌硼硅系微晶玻璃；所述烧结的温度为850～950℃，保温时间为30～60min。

优选的，所述加热熔融的温度为1350～1450℃，保温时间为2～4h。

优选的，所述球磨的条件包括：球磨介质为去离子水，磨球为氧化锆球，球磨转速为300～450rpm，球磨时间为6～12h。

优选的，所述球磨后，还包括将所得球磨料过筛后干燥。

优选的，所述粘结剂为聚乙烯醇水溶液；所述聚乙烯醇水溶液中聚乙烯醇的质量分数为3～5％。

优选的，所述聚乙烯醇水溶液和玻璃粉的质量比为1:(35～45)。

优选的，所述压制成型的压力为70～100MPa。

优选的，升温至所述烧结的温度的升温速率为5～10℃/min。

本发明提供了一种五氧化二铌掺杂锌硼硅系微晶玻璃，组成包括ZnO、B

本发明还提供了上述方案所述五氧化二铌掺杂锌硼硅系微晶玻璃的制备方法，本发明以ZnO、H

附图说明

图1为实施例1～实施例6制备的玻璃粉的XRD图；

图2为实施例1～实施例6制备的玻璃粉的DSC曲线；

图3为实施例1～实施例6制备的微晶玻璃XRD图；

图4为实施例1～实施例6制备的微晶玻璃介电性能。

具体实施方式

本发明提供了一种五氧化二铌掺杂锌硼硅系微晶玻璃，组分包括ZnO、B

在本发明中，以所述ZnO、B

在本发明中，所述Nb

在本发明中，所述ZnO、B

在本发明中，所述五氧化二铌掺杂锌硼硅系微晶玻璃在室温、1MHz测试频率下的介电常数优选为4.4～6.1，介电损耗优选为0.48×10

本发明还提供了上述方案所述的五氧化二铌掺杂锌硼硅系微晶玻璃的制备方法，包括以下步骤：

将ZnO、H

将所述玻璃体球磨，得到玻璃粉；

将所述玻璃粉和粘结剂混合后依次进行陈腐、造粒和压制成型，得到素坯；

将所述素坯进行烧结，得到所述五氧化二铌掺杂锌硼硅系微晶玻璃；所述烧结的温度为850～950℃，保温时间为30～60min。

本发明将ZnO、H

得到玻璃体后，本发明将所述玻璃体球磨，得到玻璃粉。在本发明中，所述球磨的条件优选包括：球磨介质为去离子水，磨球为氧化锆球，球磨转速为300～450rpm，优选为400～450rpm，球磨时间为6～12h，优选为8～10h；所述球磨优选在行星式球磨机中进行；所述球磨后，还包括将所得球磨料过筛后干燥；所述过筛用筛网的目数优选为500目，取筛下物，所述干燥的温度优选为80℃。

得到玻璃粉后，本发明将所述玻璃粉和粘结剂混合后依次进行陈腐、造粒和压制成型，得到素坯。在本发明中，所述粘结剂优选为聚乙烯醇水溶液；所述聚乙烯醇水溶液中聚乙烯醇的质量分数优选为3～5％，更优选为4％；所述聚乙烯醇水溶液和玻璃粉的质量比优选为1:(35～45)，更优选为1:40；所述陈腐的时间优选为24h～30h，所述陈腐的温度优选为室温；所述陈腐后优选进行过筛，然后再进行造粒；本发明对所述造粒没有特殊要求，采用本领域熟知的条件即可；所述压制成型的压力优选为70～100MPa；所以素坯优选为直径10mm，厚度2mm的圆片素坯。

得到素坯后，本发明将所述素坯进行烧结，得到所述五氧化二铌掺杂锌硼硅系微晶玻璃。在本发明中，所述烧结的温度优选为850～950℃，更优选为850～950℃，最优选为925℃，所述烧结的保温时间优选为30～60min，更优选为30min；升温至所述烧结的温度的升温速率优选为5～10℃/min。烧结完成后，随炉冷却即可。

下面将结合本发明中的实施例，对本发明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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1 63.49mol％ZnO-8.02mol％B

步骤一：以ZnO、H

步骤二：将玻璃体置于行星式球磨机进行球磨，球磨介质为去离子水，磨球为氧化锆球，球磨机的转速为450rpm，球磨时间为8h。将球磨后的玻璃过500目筛放入80℃烘箱烘干，得到玻璃粉。

步骤三：在玻璃粉中加入浓度为4wt％的聚乙烯醇(PVA)水溶液陈腐、过筛、造粒，得到玻璃粉与聚乙烯醇(PVA)水溶液的混合粉料(聚乙烯醇水溶液与玻璃粉质量比为1：40)。将混合粉料在单向压片机上以100MPa压强压制，得到Φ10mm×2mm的圆片素坯。

步骤四：将素坯置于马弗炉中，以5℃/min的升温速率，升温至925℃保温30min，之后随炉冷却，即可得到组成为63.49mol％ZnO-8.02mol％B

实施例2 63.49mol％ZnO-8.02mol％B

步骤一：以ZnO、H

步骤二：将玻璃体置于行星式球磨机进行球磨，球磨介质为去离子水，磨球为氧化锆球，球磨机的转速为450rpm，球磨时间为8h。将球磨后的玻璃过500目筛放入80℃烘箱烘干，得到玻璃粉。

步骤三：在玻璃粉中加入浓度为4wt％的聚乙烯醇(PVA)水溶液陈腐、过筛、造粒，得到玻璃粉与聚乙烯醇(PVA)水溶液的混合粉料(聚乙烯醇水溶液与玻璃粉质量比为1：40)。将混合粉料在单向压片机上以100MPa压强压制，得到Φ10mm×2mm的圆片素坯。

步骤四：将素坯置于马弗炉中，以5℃/min的升温速率，升温至925℃保温30min，之后随炉冷却，即可得到组成为63.49mol％ZnO-8.02mol％B

实施例3 63.49mol％ZnO-8.02mol％B

步骤一：以ZnO、H

步骤二：将玻璃体置于行星式球磨机进行球磨，球磨介质为去离子水，磨球为氧化锆球，球磨机的转速为450rpm，球磨时间为8h。将球磨后的玻璃过500目筛放入80℃烘箱烘干，得到玻璃粉。

步骤三：在玻璃粉中加入浓度为4wt％的聚乙烯醇(PVA)水溶液陈腐、过筛、造粒，得到玻璃粉与聚乙烯醇(PVA)水溶液的混合粉料(聚乙烯醇水溶液与玻璃粉质量比为1：40)。将混合粉料在单向压片机上以100MPa压强压制，得到Φ10mm×2mm的圆片素坯。

步骤四：将素坯置于马弗炉中，以5℃/min的升温速率，升温至925℃保温30min，之后随炉冷却，即可得到组成为63.49mol％ZnO-8.02mol％B

实施例4 63.49mol％ZnO-8.02mol％B

步骤一：以ZnO、H

步骤二：将玻璃体置于行星式球磨机进行球磨，球磨介质为去离子水，磨球为氧化锆球，球磨机的转速为450rpm，球磨时间为8h。将球磨后的玻璃过500目筛放入80℃烘箱烘干，得到玻璃粉。

步骤三：在玻璃粉中加入浓度为4wt％的聚乙烯醇(PVA)水溶液陈腐、过筛、造粒，得到玻璃粉与聚乙烯醇(PVA)水溶液的混合粉料(聚乙烯醇水溶液与玻璃粉质量比为1：40)。将混合粉料在单向压片机上以100MPa压强压制，得到Φ10mm×2mm的圆片素坯。

步骤四：将素坯置于马弗炉中，以5℃/min的升温速率，升温至925℃保温30min，之后随炉冷却，即可得到组成为63.49mol％ZnO-8.02mol％B

实施例5 63.49mol％ZnO-8.02mol％B

步骤一：以ZnO、H

步骤二：将玻璃体置于行星式球磨机进行球磨，球磨介质为去离子水，磨球为氧化锆球，球磨机的转速为450rpm，球磨时间为8h。将球磨后的玻璃过500目筛放入80℃烘箱烘干，得到玻璃粉。

步骤三：在玻璃粉中加入浓度为4wt％的聚乙烯醇(PVA)水溶液陈腐、过筛、造粒，得到玻璃粉与聚乙烯醇(PVA)水溶液的混合粉料(聚乙烯醇水溶液与玻璃粉质量比为1：40)。将混合粉料在单向压片机上以100MPa压强压制，得到Φ10mm×2mm的圆片素坯。

步骤四：将素坯置于马弗炉中，以5℃/min的升温速率，升温至925℃保温30min，之后随炉冷却，即可得到组成为63.49mol％ZnO-8.02mol％B

实施例6 63.49mol％ZnO-8.02mol％B

步骤一：以ZnO、H

步骤二：将玻璃体置于行星式球磨机进行球磨，球磨介质为去离子水，磨球为氧化锆球，球磨机的转速为450rpm，球磨时间为8h。将球磨后的玻璃过500目筛放入80℃烘箱烘干，得到玻璃粉。

步骤三：在玻璃粉中加入浓度为4wt％的聚乙烯醇(PVA)水溶液陈腐、过筛、造粒，得到玻璃粉与聚乙烯醇(PVA)水溶液的混合粉料(聚乙烯醇水溶液与玻璃粉质量比为1：40)。将混合粉料在单向压片机上以100MPa压强压制，得到Φ10mm×2mm的圆片素坯。

步骤四：将素坯置于马弗炉中，以5℃/min的升温速率，升温至925℃保温30min，之后随炉冷却，即可得到组成为63.49mol％ZnO-8.02mol％B

为了进一步本发明公开技术方案的优异效果，对上述实例1～6所得微晶玻璃进行了测试表征，具体结果分析如下：

实施例1～实施例6制备的玻璃粉的XRD图如图1所示。图1中的结果表明，在未掺杂五氧化二铌的样品中发现Zn

实施例1～实施例6制备的玻璃粉的DSC曲线如图2所示，测试时的升温速率为5℃/min。从图2可以看出，大多数玻璃样品都有明显的软化点(T

实施例1～实施例6制备的微晶玻璃的XRD图如附图3所示。图3中的结果表明，ZBSN

实施例1～实施例6制备的微晶玻璃介电性能如图4所示，具体数值列于表1，测试温度为室温，频率为1MHz。

表1介电性能测试结果

根据图4和表1中的数据可以看出，随着Nb

由以上实施例可知，本发明通过设计低硼的锌硼硅微晶玻璃配方，减少氧化硼熔融挥发和硼酸锌的形成。未掺杂五氧化二铌的锌硼硅微晶玻璃析出的主晶相是硅酸锌，但其烧结性不好，致密性较差，本发明通过引入五氧化二铌，调控玻璃析晶特性，得到烧结温度较低且致密性好的微晶玻璃。本发明对比于其它体系的低温共烧材料，其介电性能可调，工艺简单、生产周期短和环境友好。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。