一种陶瓷组合物、陶瓷基板及其制备方法和应用与流程

1.本发明属于陶瓷材料领域，尤其涉及一种陶瓷组合物、陶瓷基板及其制备方法和应用。


背景技术：

2.近年来，随着5g电子通信市场的飞速发展，电子产品不断向着高度集成化的方向发展，而高频高速信号对材料的要求也日益增加。当高频信号通过电介质层时，介质中的分子会试图根据这些电磁信号进行定向，虽然在实际上介质中的分子是交联的，并不能真正定向，但频率的变化使得分子不停地运动，从而产生大量的热量，造成了能量的损耗，这种损耗也被称为介电损耗。介电损耗的存在会引起电子器件温度的升高，从而减少其使用寿命，增加生产成本，因此，在实际的生产过程中，设计的器件不仅要具有高的介电常数εr与击穿强度eb，同时要具有低的介质损耗tanδ。
3.氧化铝陶瓷基板因其良好的导热性、力学强度以及介电性能而被广泛应用于高频电路基板，但在高频电子领域的实际应用发展中，还需要更高的击穿强度及更低的介电损耗以满足实际需求。因此，提高氧化铝陶瓷基板的介电常数、击穿强度以及降低其介电损耗对其在高频基板的应用中具有非常重要的意义。
4.目前氧化铝陶瓷基板的主要成分包括90-99％的氧化铝以及不同含量的助熔剂、分散剂及粘结剂等，而陶瓷基板的介电常数及介电损耗主要取决于主晶相氧化铝的本征介电性能，氧化铝陶瓷的介电常数通常在9～10之间，击穿强度约18kv/mm，介电损耗小于10-4
。然而材料的本征性能的提高非常困难，因此实际生产中仅将氧化铝粉体作为基板中的单一陶瓷材料时，难以实现陶瓷基板介电性能的大幅提升，从而限制了其在高频电路基板中的应用。


技术实现要素：

5.为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种陶瓷组合物，利用所述陶瓷组合物制得的陶瓷基板的介电常数高、介电损耗低、击穿强度高、密度高。
6.本发明的目的之二在于提供一种包括上述陶瓷组合物的陶瓷基板。
7.本发明的目的之三在于提供一种上述陶瓷基板的制备方法。
8.本发明的目的之四在于提供一种上述陶瓷组合物或陶瓷基板在电子器件中的应用。
9.为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：
10.本发明的第一方面提供了一种陶瓷组合物，包括以下质量百分数的组分：97～99％氧化铝、0.5～2％ba
x
sr
1-x
tio3、0.3～0.7％玻璃相、0.2～0.7％稀土氧化物；其中，x＝0.3～0.5；所述玻璃相包括mgo、cao和sio2。
11.本发明的陶瓷组合物中，氧化铝为主成分，制备成陶瓷基板后为主晶相；钛酸锶钡(ba
x
sr
1-x
tio3)为掺杂相，通过氧化铝和钛酸锶钡两种陶瓷的协同作用提高了陶瓷基板的介
电性能；玻璃相的加入可以降低陶瓷的烧结温度；稀土氧化物的添加促进了烧结过程中晶粒的长大以及致密度的提高。
12.钛酸锶钡(ba
x
sr
1-x
tio3)是钛酸锶和钛酸钡的完全固溶体，具有典型的钙钛矿结构，其同时兼有batio3的高介电常数(室温下约为1400)及srtio3的低介电损耗(约0.012)、较高击穿强度等优良性能，因此，将ba
x
sr
1-x
tio3添加进氧化铝陶瓷中会有效提高其介电性能。此外，在烧结过程中ba
x
sr
1-x
tio3与氧化铝会生成tio2，由于ti
4+
的半径(86pm)比al
3+
的半径(53pm)略大，ti
4+
置换al
3+
导致晶格变形而产生缺陷，这些缺陷使晶格活化，降低了氧化铝陶瓷烧结的活化能，从而促进了其烧结。
13.陶瓷基板的介电常数及击穿强度随着ba
x
sr
1-x
tio3添加量的增加呈现出先升高后降低的趋势，当添加量较低时(小于0.5％)，其不能有效促进陶瓷的致密度，因此不能提高陶瓷的介电性能；而当添加量超过2％时，ba
x
sr
1-x
tio3与氧化铝会发生反应出现较多的第二相，从而引起陶瓷整体介电常数下降；当ba
x
sr
1-x
tio3的添加量为1.5％左右时，其不仅可以促进陶瓷的致密化，并且不会产生较多的第二相，从而使得陶瓷基板的介电常数和击穿强度有效提高。
14.玻璃相在烧结过程中能够产生玻璃液相，液相通过表面张力作用产生颗粒粘结并填充气孔，并且能够促进主晶相质点的迁移，抑制氧化铝晶粒的异常长大，从而降低烧结温度；此外，玻璃液相位于晶界处阻碍了自由电荷的迁移，自由电荷积累在障碍处，形成了宏观的电偶极矩，从而提高了陶瓷的介电常数及击穿强度。
15.当玻璃相添加量较小时，不能有效与氧化铝陶瓷形成液相从而不能有效降低陶瓷的气孔率以及降低烧结温度；当其添加量较大时，ba
x
sr
1-x
tio3及稀土氧化物的含量降低，无法有效促进其与氧化铝陶瓷的液相形成过程，从而无法降低烧结温度。
16.稀土氧化物可促使陶瓷中气孔处的填充，降低了氧化铝陶瓷的气孔率，使得晶粒细化，有效提高了致密化程度及击穿强度；稀土氧化物还能有效促进玻璃相等组分形成低熔点液相，从而有效降低陶瓷基板材料的熔点；此外，稀土氧化物具有较大的离子半径使其不能固溶于氧化铝，其在晶界处可阻碍其他离子的迁移(如氧化铝粉体中所含的碱金属氧化物)，从而降低了氧化铝陶瓷的介电损耗。
17.当稀土氧化物添加量过低时，无法有效促进玻璃相等组分形成低熔点液相，从而无法有效降低陶瓷基板材料的熔点；当添加量过高时，其大量存在在氧化铝陶瓷的晶界上，严重阻碍了晶界的迁移速率，不利于致密结构的形成。
18.优选的，所述陶瓷组合物中，ba
x
sr
1-x
tio3由包括以下步骤的制备方法制得：将batio3和srtio3进行混合、烘干、排胶，得到所述ba
x
sr
1-x
tio3。
19.优选的，所述ba
x
sr
1-x
tio3的制备方法中，在进行混合后还进行了粉碎；进一步优选的，所述粉碎方式选自球磨；更进一步优选的，所述球磨方式选自湿法球磨。
20.优选的，所述ba
x
sr
1-x
tio3的制备方法中，球磨时间为3～10h；进一步优选的，所述ba
x
sr
1-x
tio3的制备方法中，球磨时间为4～8h；更进一步优选的，所述ba
x
sr
1-x
tio3的制备方法中，球磨时间为5～7h。
21.优选的，所述ba
x
sr
1-x
tio3的制备方法中，烘干温度为70～140℃；进一步优选的，所述ba
x
sr
1-x
tio3的制备方法中，烘干温度为80～130℃；更进一步优选的，所述ba
x
sr
1-x
tio3的制备方法中，烘干温度为90～120℃。
22.优选的，所述ba
x
sr
1-x
tio3的制备方法中，排胶温度为1100～1400℃；进一步优选的，所述ba
x
sr
1-x
tio3的制备方法中，排胶温度为1200～1350℃；更进一步优选的，所述ba
x
sr
1-x
tio3的制备方法中，排胶温度为1250～1300℃。
23.优选的，所述ba
x
sr
1-x
tio3的制备方法中，排胶时间为3～6h；进一步优选的，所述ba
x
sr
1-x
tio3的制备方法中，排胶时间为3.5～5.5h；更进一步优选的，所述ba
x
sr
1-x
tio3的制备方法中，排胶时间为4～5h。
24.优选的，所述陶瓷组合物中，稀土氧化物包括氧化镧、氧化钕、氧化镝、氧化铈、氧化钇或氧化铒中的至少一种；进一步优选的，所述陶瓷组合物中，稀土氧化物包括氧化镧、氧化钕、氧化镝、氧化铈或氧化钇中的至少一种；更进一步优选的，所述陶瓷组合物中，稀土氧化物包括氧化镧、氧化钕、氧化镝或氧化铈中的至少一种。
25.优选的，所述陶瓷组合物中，稀土氧化物的平均粒径为0.5～2μm；进一步优选的，所述陶瓷组合物中，稀土氧化物的平均粒径为0.8～1.8μm；更进一步优选的，所述陶瓷组合物中，稀土氧化物的平均粒径为1～1.5μm。
26.优选的，所述玻璃相中，mgo和cao的质量比为1：(0.7～1.3)；进一步优选的，所述玻璃相中，mgo和cao的质量比为1：(0.8～1.2)；更进一步优选的，所述玻璃相中，mgo和cao的质量比为1：(0.85～1.15)；更优选的，所述玻璃相中，mgo和cao的质量比为1：(0.9～1.1)。
27.优选的，所述玻璃相中，mgo和sio2的质量比为1：(1.6～2.4)；进一步优选的，所述玻璃相中，mgo和sio2的质量比为1：(1.7～2.3)；更进一步优选的，所述玻璃相中，mgo和sio2的质量比为1：(1.8～2.2)；更优选的，所述玻璃相中，mgo和sio2的质量比为1：(1.9～2.1)。
28.优选的，所述玻璃相中，mgo、cao和sio2的质量比为1：(0.7～1.3)：(1.6～2.4)；进一步优选的，所述玻璃相中，mgo、cao和sio2的质量比为1：(0.8～1.2)：(1.7～2.3)；更进一步优选的，所述玻璃相中，mgo、cao和sio2的质量比为1：(0.85～1.15)：(1.8～2.2)；更优选的，所述玻璃相中，mgo、cao和sio2的质量比为1：(0.9～1.1)：(1.9～2.1)。
29.优选的，所述陶瓷组合物中，氧化铝的质量百分数为97.1～98.5％；进一步优选的，所述陶瓷组合物中，氧化铝的质量百分数为97.2～98％；更进一步优选的，所述陶瓷组合物中，氧化铝的质量百分数为97.4～97.8％。
30.优选的，所述陶瓷组合物中，ba
x
sr
1-x
tio3的质量百分数为0.8～1.9％；进一步优选的，所述陶瓷组合物中，ba
x
sr
1-x
tio3的质量百分数为1.0～1.8％；更进一步优选的，所述陶瓷组合物中，ba
x
sr
1-x
tio3的质量百分数为1.2～1.7％。
31.优选的，所述陶瓷组合物中，玻璃相的质量百分数为0.35～0.65％；进一步优选的，所述陶瓷组合物中，玻璃相的质量百分数为0.4～0.6％；更进一步优选的，所述陶瓷组合物中，玻璃相的质量百分数为0.45～0.55％。
32.优选的，所述陶瓷组合物中，稀土氧化物的质量百分数为0.25～0.65％；进一步优选的，所述陶瓷组合物中，稀土氧化物的质量百分数为0.3～0.6％；更进一步优选的，所述陶瓷组合物中，稀土氧化物的质量百分数为0.35～0.55％。
33.优选的，所述陶瓷组合物包括以下质量百分数的组分：97.1～98.5％氧化铝、0.8～1.9％ba
x
sr
1-x
tio3、0.35～0.65％玻璃相、0.25～0.65％稀土氧化物。
34.进一步优选的，所述陶瓷组合物包括以下质量百分数的组分：97.2～98％氧化铝、
1.0～1.8％ba
x
sr
1-x
tio3、0.4～0.6％玻璃相、0.3～0.6％稀土氧化物。
35.更进一步优选的，所述陶瓷组合物包括以下质量百分数的组分：97.4～97.8％氧化铝、1.2～1.7％ba
x
sr
1-x
tio3、0.35～0.55％玻璃相、0.35～0.55％稀土氧化物。
36.本发明的第二方面提供了一种包括本发明的第一方面所述的陶瓷组合物的陶瓷基板。
37.本发明的第三方面提供了一种本发明的第二方面所述的陶瓷基板的制备方法，包括以下步骤：将氧化铝、ba
x
sr
1-x
tio3、mgo、cao、sio2、稀土氧化物、分散剂和粘结剂进行混合、流延、烧结，得到所述陶瓷基板。
38.优选的，所述陶瓷基板的制备方法中，分散剂包括油酸、三油酸甘油酯、鱼油或磷酸酯中的至少一种；进一步优选的，所述陶瓷基板的制备方法中，分散剂包括油酸、三油酸甘油酯或磷酸酯的至少一种；更进一步优选的，所述陶瓷基板的制备方法中，分散剂包括油酸、磷酸酯或其组合。
39.优选的，所述陶瓷基板的制备方法中，分散剂的用量为陶瓷组合物质量的0.1～3％；进一步优选的，所述陶瓷基板的制备方法中，分散剂的用量为陶瓷组合物质量的0.3～2.5％；更进一步优选的，所述陶瓷基板的制备方法中，分散剂的用量为陶瓷组合物质量的0.5～2％。
40.优选的，所述陶瓷基板的制备方法中，粘结剂包括聚乙烯醇缩丁醛(pvb)、丙烯酸树脂、甲基纤维素、乙基纤维素、硝化纤维酯、聚氨酯树脂或酚醛树脂中的至少一种；进一步优选的，所述陶瓷基板的制备方法中，粘结剂包括聚乙烯醇缩丁醛(pvb)、丙烯酸树脂、甲基纤维素、乙基纤维素或硝化纤维酯中的至少一种；更进一步优选的，所述陶瓷基板的制备方法中，粘结剂包括聚乙烯醇缩丁醛(pvb)、丙烯酸树脂或甲基纤维素中的至少一种。
41.优选的，所述陶瓷基板的制备方法中，粘结剂的用量为陶瓷组合物质量的1～20％；进一步优选的，所述陶瓷基板的制备方法中，粘结剂的用量为陶瓷组合物质量的3～15％；更进一步优选的，所述陶瓷基板的制备方法中，粘结剂的用量为陶瓷组合物质量的5～10％。
42.优选的，所述陶瓷基板的制备方法中，在进行混合后还进行了粉碎；进一步优选的，所述粉碎方式选自球磨。
43.优选的，所述陶瓷基板的制备方法中，球磨溶剂选自有机溶剂；进一步优选的，所述有机溶剂包括甲苯、异丙醇或其组合；更进一步优选的，所述有机溶剂包括体积比为1：(0.5～2)的甲苯和异丙醇；更优选的，所述甲苯和异丙醇的体积比为1：(0.8～1.5)。
44.优选的，所述陶瓷基板的制备方法中，球磨介质选自氧化铝。
45.优选的，所述陶瓷基板的制备方法中，陶瓷组合物和球磨介质的质量比为1：(1～2)；进一步优选的，所述陶瓷基板的制备方法中，陶瓷组合物和球磨介质的质量比为1：(1.2～1.8)；更进一步优选的，所述陶瓷基板的制备方法中，陶瓷组合物和球磨介质的质量比为1：(1.4～1.6)。
46.优选的，所述陶瓷基板的制备方法中，球磨时间为10～30h；进一步优选的，所述陶瓷基板的制备方法中，球磨时间为12～25h；更进一步优选的，所述陶瓷基板的制备方法中，球磨时间为15～20h。
47.优选的，所述陶瓷基板的制备方法中，在进行流延前还进行了脱泡；进一步优选
的，所述脱泡时间为5～10h；更进一步优选的，所述脱泡时间为6～8h。
48.优选的，所述陶瓷基板的制备方法中，在进行烧结前还进行了排胶。
49.本发明陶瓷基板的制备方法中，在烧结前进行排胶，可以将粘结剂排出，得到性能更好的陶瓷基板。
50.优选的，所述陶瓷基板的制备方法中，排胶温度为250～400℃；进一步优选的，所述陶瓷基板的制备方法中，排胶温度为280～380℃；更进一步优选的，所述陶瓷基板的制备方法中，排胶温度为300～350℃。
51.优选的，所述陶瓷基板的制备方法中，排胶时间为20～36h；进一步优选的，所述陶瓷基板的制备方法中，排胶时间为22～34h；更进一步优选的，所述陶瓷基板的制备方法中，排胶时间为24～32h。
52.优选的，所述陶瓷基板的制备方法中，烧结温度为1400～1800℃；进一步优选的，所述陶瓷基板的制备方法中，烧结温度为1500～1700℃；更进一步优选的，所述陶瓷基板的制备方法中，烧结温度为1550～1650℃。
53.优选的，所述陶瓷基板的制备方法中，烧结时间为15～30h；进一步优选的，所述陶瓷基板的制备方法中，烧结时间为18～28h；更进一步优选的，所述陶瓷基板的制备方法中，烧结时间为20～25h。
54.本发明的第四方面提供了一种本发明的第一方面所述的陶瓷组合物或本发明的第二方面所述的陶瓷基板在电子器件中的应用。
55.优选的，所述电子器件为高频电子器件；进一步优选的，所述高频电子器件为高频电路基板。
56.本发明的有益效果是：本发明提供了一种陶瓷组合物，将其制成的陶瓷基板后具有介电常数高、介电损耗低、击穿强度高、密度高的优点。本发明的陶瓷组合物中，氧化铝为主成分，制备成陶瓷基板后为主晶相；钛酸锶钡(ba
x
sr
1-x
tio3)为掺杂相，通过氧化铝和钛酸锶钡两种陶瓷的协同作用提高了陶瓷基板的介电性能；玻璃相的加入可以降低陶瓷的烧结温度；稀土氧化物的添加促进了烧结过程中晶粒的长大以及致密度的提高。
具体实施方式
57.以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域技术人员根据本发明阐述的原理做出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适范围内的选择，而并非要限定于下文示例的具体数据。以下实施例和对比例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有已知方法得到。
58.实施例1
59.本实施例中的陶瓷组合物的组成配比如下：
60.组成氧化铝ba
x
sr
1-x
tio3玻璃相稀土氧化物质量百分比97％2％0.3％0.7％
61.其中ba
x
sr
1-x
tio3中的x＝0.4；玻璃相中mgo：cao：sio2的质量比1：1：2；稀土氧化物
为氧化镧，稀土氧化物的平均粒径为1～1.5μm。
62.本实施例中的氧化铝陶瓷基板采用以下制备方法制得，具体包括以下步骤：
63.(1)ba
0.4
sr
0.6
tio3粉体的制备
64.将预合成的batio3与srtio3粉体按照2：3的摩尔比进行称量，以水为介质湿法球磨5小时后，将混合粉体在90℃下进行烘干，然后将烘干的混合料研细并压成比较疏松的块体，在排胶炉中于1250℃保温4小时合成ba
0.4
sr
0.6
tio3粉体，待冷却后将块体研磨成细粉备用。
65.(2)球磨
66.将ba
0.4
sr
0.6
tio3、氧化铝、mgo、cao、sio2、氧化镧、分散剂磷酸酯(用量为陶瓷组合物质量的0.5～2％)、粘结剂pvb(用量为陶瓷组合物质量的5～10％)混合，然后进行球磨，球磨溶剂为体积比为1：1的甲苯和异丙醇，球磨介质为氧化铝球，粉体与氧化铝球的质量比为1：1.5，球磨时间18h后得到混合浆料。
67.(3)流延
68.将混合浆料进行真空脱泡，脱泡时间为6h；将真空脱泡的浆料进行流延成型，得到生坯。
69.(4)烧结
70.将生坯在室温下静置3天后在排胶炉中进行排胶与烧结，首先在300℃排胶24h，将生坯中的粘结剂排出，然后升温至1550℃并保持20h进行烧结后得到氧化铝陶瓷基板。
71.实施例2
72.本实施例与实施例1的区别在于陶瓷组合物的组成配比不同。本实施例中的陶瓷组合物的组成配比如下：
73.组成氧化铝ba
x
sr
1-x
tio3玻璃相稀土氧化物质量百分比97.2％1.7％0.7％0.4％
74.实施例3
75.本实施例与实施例1的区别在于陶瓷组合物的组成配比不同。本实施例中的陶瓷组合物的组成配比如下：
76.组成氧化铝ba
x
sr
1-x
tio3玻璃相稀土氧化物质量百分比97.5％1.5％0.5％0.5％
77.实施例4
78.本实施例与实施例1的区别在于陶瓷组合物的组成配比不同。本实施例中的陶瓷组合物的组成配比如下：
79.组成氧化铝ba
x
sr
1-x
tio3玻璃相稀土氧化物质量百分比98％1％0.4％0.6％
80.实施例5
81.本实施例与实施例1的区别在于陶瓷组合物的组成配比不同。本实施例中的陶瓷组合物的组成配比如下：
82.组成氧化铝ba
x
sr
1-x
tio3玻璃相稀土氧化物质量百分比99％0.5％0.3％0.2％
83.实施例6
84.本实施例与实施例3的区别在于ba
x
sr
1-x
tio3中的x＝0.3。
85.本实施例的ba
0.3
sr
0.7
tio3的制备方法如下：
86.将预合成的batio3与srtio3粉体按照3：7摩尔比进行称量，以水为介质湿法球磨6小时后，将混合粉体在100℃下进行烘干，然后将烘干的混合料研细并压成比较疏松的块体，在排胶炉中于1250℃保温4小时合成ba
0.3
sr
0.7
tio3粉体，待冷却后将块体研磨成细粉备用。
87.实施例7
88.本实施例与实施例3的区别在于ba
x
sr
1-x
tio3中的x＝0.5。
89.本实施例的ba
0.5
sr
0.5
tio3的制备方法如下：
90.将预合成的batio3与srtio3粉体按照1：1摩尔比进行称量，以水为介质湿法球磨6小时后，将混合粉体在100℃下进行烘干，然后将烘干的混合料研细并压成比较疏松的块体，在排胶炉中于1250℃保温4小时合成ba
0.5
sr
0.5
tio3粉体，待冷却后将块体研磨成细粉备用。
91.实施例8
92.本实施例与实施例3的区别在于玻璃相中mgo：cao：sio2的质量比为1：0.7：2。
93.实施例9
94.本实施例与实施例3的区别在于玻璃相中mgo：cao：sio2的质量比为1：1.3：2。
95.实施例10
96.本实施例与实施例3的区别在于玻璃相中mgo：cao：sio2的质量比为1：1：1.6。
97.实施例11
98.本实施例与实施例3的区别在于玻璃相中mgo：cao：sio2的质量比为1：0.7：2.4。
99.实施例12
100.本实施例与实施例1的区别在于稀土氧化物为nd2o3。
101.实施例13
102.本实施例与实施例1的区别在于稀土氧化物为dy2o3。
103.实施例14
104.本实施例与实施例1的区别在于稀土氧化物为ceo2。
105.对比例1
106.本对比例与实施例1的区别在于陶瓷组合物的组成配比不同。本对比例中的陶瓷组合物的组成配比如下：
107.组成氧化铝ba
x
sr
1-x
tio3玻璃相稀土氧化物质量百分比95％2.8％0.9％1.3％
108.对比例2
109.本对比例与实施例1的区别在于陶瓷组合物的组成配比不同。本对比例中的陶瓷组合物的组成配比如下：
110.组成氧化铝ba
x
sr
1-x
tio3玻璃相稀土氧化物质量百分比99.5％0.3％0.1％0.1％
111.对比例3
112.本对比例与实施例1的区别在于陶瓷组合物的组成配比不同。本对比例中的陶瓷组合物的组成配比如下：
113.组成氧化铝ba
x
sr
1-x
tio3玻璃相稀土氧化物质量百分比98.3％0.3％0.7％0.7％
114.对比例4
115.本对比例与实施例1的区别在于陶瓷组合物的组成配比不同。本对比例中的陶瓷组合物的组成配比如下：
116.组成氧化铝ba
x
sr
1-x
tio3玻璃相稀土氧化物质量百分比97％2.3％0.3％0.4％
117.对比例5
118.本对比例与实施例1的区别在于陶瓷组合物的组成配比不同。本对比例中的陶瓷组合物的组成配比如下：
119.组成氧化铝ba
x
sr
1-x
tio3玻璃相稀土氧化物质量百分比97.5％2％0.1％0.4％
120.对比例6
121.本对比例与实施例1的区别在于陶瓷组合物的组成配比不同。本对比例中的陶瓷组合物的组成配比如下：
122.组成氧化铝ba
x
sr
1-x
tio3玻璃相稀土氧化物质量百分比97.5％1％0.9％0.6％
123.对比例7
124.本对比例与实施例1的区别在于陶瓷组合物的组成配比不同。本对比例中的陶瓷组合物的组成配比如下：
125.组成氧化铝ba
x
sr
1-x
tio3玻璃相稀土氧化物质量百分比97.5％2％0.5％0％
126.对比例8
127.本对比例与实施例1的区别在于陶瓷组合物的组成配比不同。本对比例中的陶瓷组合物的组成配比如下：
128.组成氧化铝ba
x
sr
1-x
tio3玻璃相稀土氧化物质量百分比98％1.4％0.5％0.1％
129.对比例9
130.本对比例与实施例1的区别在于陶瓷组合物的组成配比不同。本对比例中的陶瓷组合物的组成配比如下：
131.组成氧化铝ba
x
sr
1-x
tio3玻璃相稀土氧化物质量百分比97.5％1.5％0.5％1％
132.对比例10
133.本对比例与实施例3的区别在于ba
x
sr
1-x
tio3中的x＝0.2。
134.本对比例的ba
0.2
sr
0.8
tio3的制备方法如下：
135.将预合成的batio3与srtio3粉体按照1：4摩尔比进行称量，以水为介质湿法球磨6小时后，将混合粉体在100℃下进行烘干，然后将烘干的混合料研细并压成比较疏松的块体，在排胶炉中于1250℃保温4小时合成ba
0.2
sr
0.8
tio3粉体，待冷却后将块体研磨成细粉备用。
136.对比例11
137.本对比例与实施例3的区别在于ba
x
sr
1-x
tio3中的x＝0.6。
138.本对比例的ba
0.6
sr
0.4
tio3的制备方法如下：
139.将预合成的batio3与srtio3粉体按照3：2摩尔比进行称量，以水为介质湿法球磨6小时后，将混合粉体在100℃下进行烘干，然后将烘干的混合料研细并压成比较疏松的块体，在排胶炉中于1250℃保温4小时合成ba
0.6
sr
0.4
tio3粉体，待冷却后将块体研磨成细粉备用。
140.对比例12
141.本对比例与实施例3的区别在于玻璃相中mgo：cao：sio2的质量比为1：0.5：2。
142.对比例13
143.本对比例与实施例3的区别在于玻璃相中mgo：cao：sio2的质量比为1：1.5：2。
144.对比例14
145.本对比例与实施例3的区别在于玻璃相中mgo：cao：sio2的质量比为1：1：1。
146.对比例15
147.本对比例与实施例3的区别在于玻璃相中mgo：cao：sio2的质量比为1：1：3。
148.对比例16
149.本对比例与实施例1的区别在于陶瓷组合物的组成配比不同。本对比例中的陶瓷组合物的组成配比如下：
150.组成氧化铝ba
x
sr
1-x
tio3玻璃相稀土氧化物质量百分比99％0％0.3％0.7％
151.性能测试
152.将实施例1～14和对比例1～16制得的陶瓷基板进行表1中的测试。
153.表1实施例1～14和对比例1～16的陶瓷基板性能测试
154.[0155][0156]
实施例1～14和对比例1～16的陶瓷基板性能测试结果表2所示。
[0157]
表2实施例1～14和对比例1～16的陶瓷基板性能测试结果
[0158]
[0159][0160]
由以上实施例和对比例可以看出：
[0161]
实施例1-5的ba
x
sr
1-x
tio3添加量逐渐降低，陶瓷基板的介电常数及击穿强度随着ba
x
sr
1-x
tio3添加量的增加呈现出先升高后降低的趋势，由具体的性能数据进一步验证了当添加ba
x
sr
1-x
tio3的质量百分数为1.2～1.7％，整个陶瓷基板的性能最为优异。
[0162]
由实施例和对比例1-4可知，当添加量较低时(对比例2和对比例3的添加量均为0.3％)，陶瓷基板的致密度、介电性能和击穿强度都会下降。而当添加量超过2％时(对比例1的添加量为2.8％，对比例4的添加量为2.3％)，由于ba
x
sr
1-x
tio3与氧化铝会发生反应出现较多的第二相，陶瓷整体介电常数下降。
[0163]
由实施例和对比例5-6和对比例12-15可知，选择适当的玻璃相添加量和添加范围，可以得到介电性能较好的陶瓷基板，当添加量较小时(对比例5的添加量为0.1％)，不能有效与氧化铝陶瓷形成液相从而不能有效降低陶瓷的气孔率较大，密度较小。当其添加量较大时(对比例6的添加量为0.9％)，ba
x
sr
1-x
tio3及稀土氧化物的含量降低，无法有效促进其与氧化铝陶瓷的液相形成过程，从而无法降低烧结温度，导致整个基板的性能下降。
[0164]
由实施例和对比例7-9可知，当稀土氧化物添加量过低或者不添加时，无法有效促进玻璃相等组分形成低熔点液相，从而无法有效降低陶瓷基板材料的熔点；当添加量过高时，其大量存在在氧化铝陶瓷的晶界上，严重阻碍了晶界的迁移速率，不利于致密结构的形成。陶瓷基板的密度下降。
[0165]
由实施例和对比例10-11，当ba
x
sr
1-x
tio3中的x＝0.3～0.5，因为ba和sr的比例恰当，可以很好的弥补氧化铝陶瓷基板在烧结时产生的缺陷，所以陶瓷基板的介电性能、密度和击穿强度都较好。
[0166]
由实施例和对比例16可知，不添加ba
x
sr
1-x
tio3的陶瓷材料制成的陶瓷基板，其介电性能、击穿强度高、密度都相对较低。
[0167]
本发明提供的陶瓷组合物制成陶瓷基板后，具有介电常数高、介电损耗低、击穿强度高、密度高的优点，在电子器件尤其是高频电子器件中具有广泛的应用。

技术特征：
1.一种陶瓷组合物，其特征在于，包括以下质量百分数的组分：97～99％氧化铝、0.5～2％ba
x
sr
1-x
tio3、0.3～0.7％玻璃相、0.2～0.7％稀土氧化物；其中，x＝0.3～0.5；所述玻璃相包括mgo、cao和sio2。2.根据权利要求1所述陶瓷组合物，其特征在于，所述稀土氧化物包括氧化镧、氧化钕、氧化镝、氧化铈、氧化钇或氧化铒中的至少一种。3.根据权利要求2所述陶瓷组合物，其特征在于，所述稀土氧化物的平均粒径为0.5～2μm。4.根据权利要求1～3任一项所述陶瓷组合物，其特征在于，所述玻璃相中，mgo和cao的质量比为1：(0.7～1.3)；和/或，所述玻璃相中，mgo和sio2的质量比为1：(1.6～2.4)。5.根据权利要求1～3任一项所述陶瓷组合物，其特征在于，包括以下质量百分数的组分：97.1～98.5％氧化铝、0.8～1.9％ba
x
sr
1-x
tio3、0.35～0.65％玻璃相、0.25～0.65％稀土氧化物。6.一种陶瓷基板，其特征在于，包括权利要求1～5任一项所述的陶瓷组合物。7.权利要求6所述陶瓷基板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将氧化铝、ba
x
sr
1-x
tio3、mgo、cao、sio2、稀土氧化物、分散剂和粘结剂进行混合、流延、烧结，得到所述陶瓷基板。8.根据权利要求7所述制备方法，其特征在于，所述分散剂包括油酸、三油酸甘油酯、鱼油或磷酸酯中的至少一种；和/或，所述粘结剂包括聚乙烯醇缩丁醛、丙烯酸树脂、甲基纤维素、乙基纤维素、硝化纤维酯、聚氨酯树脂或酚醛树脂中的至少一种。9.根据权利要求7所述制备方法，其特征在于，所述烧结温度为1400～1800℃。10.陶瓷组合物或陶瓷基板在电子器件中的应用，其特征在于，所述陶瓷组合物为权利要求1～5任一项所述陶瓷组合物，所述陶瓷基板为权利要求6所述陶瓷基板。

技术总结
本发明公开了一种陶瓷组合物、陶瓷基板及其制备方法和应用，属于陶瓷材料领域。本发明提供的陶瓷组合物包括以下质量百分数的组分：97～99％氧化铝、0.5～2％Ba


技术研发人员：邱基华 陈烁烁
受保护的技术使用者：广东省先进陶瓷材料科技有限公司
技术研发日：2023.04.13
技术公布日：2023/8/22