專利名稱：一種基于ltcc的超材料諧振子及其制備方法
一種基于LTCC的超材料諧振子及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及濾波器領(lǐng)域，尤其涉及一種基于LTCC的超材料諧振子及其制備方法。背景技術(shù)：
超材料是近十年來(lái)發(fā)展起來(lái)的對(duì)電磁波起調(diào)制作用的材料。超材料一般是由一定數(shù)量的金屬微結(jié)構(gòu)附在具有一定力學(xué)、電磁學(xué)的基板上，這些具有特定圖案和材質(zhì)的微結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)經(jīng)過其身的特定頻段的電磁波產(chǎn)生調(diào)制作用。超材料諧振子是指含金屬微結(jié)構(gòu)的微波陶瓷諧振子，用于制作小體積高性能的濾波器。超材料諧振子一般用低溫共燒工藝，即在無(wú)壓力條件下燒結(jié)。但LTCC工藝較難掌握，存在不少技術(shù)難題。例如無(wú)壓空氣中燒結(jié)導(dǎo)致分層和翹曲現(xiàn)象；為了保護(hù)較低的燒結(jié)溫度(< Ag-Pd合金的熔點(diǎn))，必須加入一些低熔點(diǎn)的助燒劑，而助燒劑又導(dǎo)致了高損耗。·
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種采用納米陶瓷粉和熱壓工藝制備的超材料諧振子，既降低了燒結(jié)過程中的燒結(jié)溫度，又防止了燒結(jié)過程中出現(xiàn)的分層和翹曲現(xiàn)象，還同時(shí)提高了超材料諧振子的品質(zhì)因數(shù)。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種基于LTCC的超材料諧振子的制備方法，所述的制備方法包括以下步驟將納米陶瓷粉制成陶瓷漿料，并流延制成生瓷帶；通過絲網(wǎng)印刷技術(shù)在所述生瓷帶上制備金屬微結(jié)構(gòu)形成生瓷片；將生瓷片疊合、排膠后放入模具中形成預(yù)燒整體；將預(yù)燒整體熱壓、冷卻制得超材料諧振子。所述熱壓的壓力不大于30MPa、溫度不大于920°C。向所述納米陶瓷粉中加入O. 5wt% 3wt%助燒劑。所述模具為石墨模具或碳化物模具。所述納米陶瓷粉為ZnNb2O6, BaTi4O9, Ba3Ti5Nb6O28 或 BiNb04。加工所述金屬微結(jié)構(gòu)所用的金屬為金、銀、銅、鋁或銀鈀合金。一種基于LTCC的超材料諧振子，由上述任一項(xiàng)制備的基于LTCC的超材料諧振子。本發(fā)明的有益效果為由于納米粉具有良好的燒結(jié)特性，所以采用納米陶瓷粉制備超材料諧振子時(shí)可以降低其燒結(jié)溫度，因此可以向納米陶瓷粉不加或加入很少量的助燒劑就實(shí)現(xiàn)低溫共燒，又降低了超材料諧振子的損耗；將生瓷帶疊合、排膠后放入耐高溫的模具中后再進(jìn)行熱壓，這種采用熱壓技術(shù)，一方面防止了燒結(jié)過程中出現(xiàn)的分層和翹曲現(xiàn)象，另一方面在壓力條件下，燒結(jié)溫度比傳統(tǒng)的無(wú)壓燒結(jié)的溫度要低，又進(jìn)一步降低了燒結(jié)溫度。


圖I為本發(fā)明制備方法的流程圖。
具體實(shí)施方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。一種基于LTCC的超材料諧振子的制備方法，所述的制備方法包括以下步驟如圖I所示a、將納米陶瓷粉制成陶瓷漿料，并流延制成厚度為20 μ m 200 μ m的生瓷帶；
其中納米陶瓷粉可以采用溶膠-凝膠法制備，也可以采用其它方法制備；b、采用325目以上的絲網(wǎng)印刷多個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)形成生瓷片；C、將生瓷片放入普通模具中疊合形成整體后排膠，即在低溫(< 500°C )和無(wú)壓力的條件下，在爐子中將有機(jī)物揮發(fā)掉，然后放入耐高溫的模具中形成預(yù)燒整體；d、將預(yù)燒整體放入燒結(jié)爐中熱壓后冷卻制得超材料諧振子，其中熱壓的壓力不大于30MPa、溫度不大于920°C。其中，納米陶瓷粉優(yōu)選ZnNb2O6、BaTi4O9, Ba3Ti5Nb6O28或BiNbO4,在這不窮舉了，也可以是其它納米陶瓷粉；金屬微結(jié)構(gòu)是由金屬絲構(gòu)成的具有一定幾何形狀的平面或者立體結(jié)構(gòu)，如工字形、雪花形等，可以采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)制備出金屬微結(jié)構(gòu)，也可以采用其他蝕亥IJ、光刻、離子刻等技術(shù)，加工金屬微結(jié)構(gòu)所采用的金屬為金、銀、銅、鋁或銀鈀合金。由于納米粉具有良好的燒結(jié)特性，所以采用納米陶瓷粉制備超材料諧振子時(shí)可以降低其燒結(jié)溫度，因此可以向納米陶瓷粉中不加或加入很少量的助燒劑就實(shí)現(xiàn)了低溫共燒，同時(shí)又降低了制備的超材料諧振子的損耗；將生瓷帶疊合、排膠后放入耐高溫的模具(如石墨模具或碳化物模具)中后再放入燒結(jié)爐中進(jìn)行熱壓，這種采用熱壓技術(shù)，一方面防止了燒結(jié)過程中出現(xiàn)的分層和翹曲現(xiàn)象，另一方面在壓力條件下，燒結(jié)溫度比傳統(tǒng)的無(wú)壓燒結(jié)的溫度要低，又進(jìn)一步降低了燒結(jié)溫度，還因?yàn)槭苣＞呦拗剖沟肵Y平面(垂直于壓力方向的平面)的燒結(jié)收縮率降到很低，同時(shí)，由于熱壓的應(yīng)用，陶瓷漿料質(zhì)量要求可以不很嚴(yán)格，即陶瓷漿料中的有機(jī)膠量可以用得較少。實(shí)施例一采用溶膠-凝膠法制成ZnNb2O6納米陶瓷粉，并將納米陶瓷粉制成陶瓷漿料；將陶瓷漿料流延制成厚度為20 μ m的生瓷帶，采用350目的絲網(wǎng)印刷多個(gè)特定形狀如工字形的金屬微結(jié)構(gòu)形成生瓷片，所采用的金屬為銀漿或鈀含量較低的銀鈀漿料；將生瓷片放入普通模具中疊合形成整體后排膠，即在低溫(< 500°C )和無(wú)壓力的條件下，在爐子中將有機(jī)物揮發(fā)掉，然后放入耐高溫的模具中形成預(yù)燒整體；將預(yù)燒整體放入燒結(jié)爐中熱壓O. 5 2小時(shí)后冷卻制得超材料諧振子，其中熱壓的壓力28MPa、溫度900°C。實(shí)施例二采用溶膠-凝膠法制成BaTi4O9納米陶瓷粉，并將納米陶瓷粉制成陶瓷漿料；將陶瓷漿料流延制成厚度為100 μ m的生瓷帶，采用400目的絲網(wǎng)印刷多個(gè)特定形狀如工字形的金屬微結(jié)構(gòu)形成生瓷片，所采用的金屬為銀漿或鈀含量較低的銀鈀漿料；
將生瓷片放入普通模具中疊合形成整體后排膠，即在低溫(< 500°C )和無(wú)壓力的條件下，在爐子中將有機(jī)物揮發(fā)掉，然后放入耐高溫的模具中形成預(yù)燒整體；將預(yù)燒整體放入燒結(jié)爐中熱壓O. 5 2小時(shí)后冷卻制得超材料諧振子，其中熱壓的壓力28MPa、溫度920°C。實(shí)施例三采用溶膠-凝膠法制成Ba3Ti5Nb6O28納米陶瓷粉，并將納米陶瓷粉制成陶瓷漿料；將陶瓷漿料流延制成厚度為150 μ m的生瓷帶，采用370目的絲網(wǎng)印刷多個(gè)特定形狀如工字形的金屬微結(jié)構(gòu)形成生瓷片，所采用的金屬為銀漿或鈀含量較低的銀鈀漿料；將生瓷片放入普通模具中疊合形成整體后排膠，即在低溫(< 500°C )和無(wú)壓力的條件下，在爐子中將有機(jī)物揮發(fā)掉，然后放入耐高溫的模具中形成預(yù)燒整體；將預(yù)燒整體放入燒結(jié)爐中熱壓O. 5 2小時(shí)后冷卻制得超材料諧振子，其中熱壓的壓力WMPa、溫度920°C。實(shí)施例四采用溶膠-凝膠法制成BiNbO4納米陶瓷粉，并將納米陶瓷粉制成陶瓷漿料；將陶瓷漿料流延制成厚度為200 μ m的生瓷帶，采用325目的絲網(wǎng)印刷多個(gè)特定形狀如工字形的金屬微結(jié)構(gòu)形成生瓷片，所采用的金屬為銀漿或鈀含量較低的銀鈀漿料；將生瓷片放入普通模具中疊合形成整體后排膠，即在低溫(< 500°C )和無(wú)壓力的條件下，在爐子中將有機(jī)物揮發(fā)掉，然后放入耐高溫的模具中形成預(yù)燒整體；將預(yù)燒整體放入燒結(jié)爐中熱壓O. 5 2小時(shí)后冷卻制得超材料諧振子，其中熱壓的壓力30MPa、溫度920°C。實(shí)施例五實(shí)施例五相對(duì)于上述四個(gè)實(shí)施例的不同點(diǎn)在于有時(shí)選用的納米陶瓷粉的燒結(jié)溫度不太理想，還達(dá)不到低溫共燒的要求，可以在納米陶瓷粉中加入O. 5wt% 3wt%的助燒齊U，如BaO-CuO-B2O3體系的，雖然還是引入了助燒劑，但相對(duì)于普通的陶瓷粉而言加入的助燒劑就少很多了，其損耗也相對(duì)于加入過多助燒劑的諧振子的損耗要低很多，該發(fā)明制備的超材料諧振子性能更好。其他步驟與內(nèi)容與上述所有實(shí)施例相同，在此不再贅述。在上述實(shí)施例中，僅對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了示范性描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀本專利申請(qǐng)后可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種修改。
權(quán)利要求
1.一種基于LTCC的超材料諧振子的制備方法，其特征在于，所述的制備方法包括以下步驟 將納米陶瓷粉制成陶瓷漿料，并流延制成生瓷帶； 通過絲網(wǎng)印刷技術(shù)在所述生瓷帶上制備金屬微結(jié)構(gòu)形成生瓷片； 將生瓷片疊合、排膠后放入模具中形成預(yù)燒整體； 將預(yù)燒整體熱壓、冷卻制得超材料諧振子。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于LTCC的超材料諧振子的制備方法，其特征在于，所述熱壓的壓力不大于30MPa、溫度不大于920°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于LTCC的超材料諧振子的制備方法，其特征在于，向所述納米陶瓷粉中加入O. 5wt% 3wt%助燒劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于LTCC的超材料諧振子的制備方法，其特征在于，所述模具為石墨模具或碳化物模具。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于LTCC的超材料諧振子的制備方法，其特征在于，所述納米陶瓷粉為 ZnNb2O6, BaTi4O9, Ba3Ti5Nb6O28 或 BiNbO40
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于LTCC的超材料諧振子的制備方法，其特征在于加工所述金屬微結(jié)構(gòu)所用的金屬為金、銀、銅、鋁或銀鈀合金。
7.一種基于LTCC的超材料諧振子,其特征在于包括權(quán)利要求I 6任一項(xiàng)制備的基于LTCC的超材料諧振子。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于LTCC的超材料諧振子及其制備方法，其制備方法為將納米陶瓷粉制成陶瓷漿料，并流延制成生瓷帶；通過絲網(wǎng)印刷技術(shù)在所述生瓷帶上制備金屬微結(jié)構(gòu)形成生瓷片；將生瓷片疊合、排膠后放入模具中形成預(yù)燒整體；將預(yù)燒整體熱壓、冷卻制得超材料諧振子。由于納米粉具有良好的燒結(jié)特性，所以采用納米陶瓷粉制備超材料諧振子時(shí)可以降低其燒結(jié)溫度，因此可以向納米陶瓷粉不加或加入很少量的助燒劑就實(shí)現(xiàn)低溫共燒，又降低了超材料諧振子的損耗；采用熱壓技術(shù)，一方面防止了燒結(jié)過程中出現(xiàn)的分層和翹曲現(xiàn)象，另一方面在壓力條件下，燒結(jié)溫度比傳統(tǒng)的無(wú)壓燒結(jié)的溫度要低，又進(jìn)一步降低了燒結(jié)溫度。
文檔編號(hào)H01P7/00GK102683791SQ20121013304
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月28日
發(fā)明者劉若鵬, 徐冠雄, 繆錫根 申請(qǐng)人:深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司