CN112225462B - 电子浆料用低膨胀系数低介电常数微晶玻璃粉及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电子浆料用低膨胀系数低介电常数微晶玻璃粉及其制备方法。该微晶玻璃粉包括重量百分比为55～72％的SiO₂、6～20％的Al₂O₃、2～13％的B₂O₃、1～8％的MgO、0～3％的BaO、0～3％的ZnO、0～2％的CaO、0～2％的ZrO2、0‑3％的稀土氧化物和3～15％的β‑锂霞石微晶玻璃粉。本发明通过对微晶玻璃粉中各氧化物的种类及含量的调整，实现对无铅微晶玻璃粉的热膨胀系数、介电常数、介电损耗、玻璃化温度、软化温度、析晶温度等的调节，将热膨胀系数调节在0.5‑1.6×10^‑6/℃，介电常数为4.5‑6.0，介电损耗正切为3‑5×10^‑3，能够满足特定频段的透波使用要求。

Description

电子浆料用低膨胀系数低介电常数微晶玻璃粉及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种低膨胀系数低介电常数微晶玻璃粉及其制备方法，特别是用于频率选择表面天线罩、耐高温共形天线的导电浆料领域，属于玻璃粉领域。

背景技术

频率选择表面(FSS)天线罩、耐高温共形天线一般是由陶瓷基材及附着在基材表面或内部的频率选择表面及多个天线单元结构构成，上述结构可利用导电浆料通过丝网印刷工艺得到。玻璃粉是导电浆料的关键成分，一般是由SiO₂和一些金属氧化物按一定比例混合熔融后经淬火粉碎而制成的。加入的玻璃粉料有助于降低烧结温度和增强导电浆料与基板之间的附着力，而且导电浆料的性能也直接受到玻璃粉料性能的影响。

现有导电浆料主要是针对致密的氧化铝陶瓷、玻璃、硅等基片，而陶瓷基天线罩及天线材料一般为石英纤维增强二氧化硅基复合材料，其热膨胀系数(0.47-0.58×10^-6/℃)远低于常用玻璃粉的热膨胀系数，热膨胀系数的不匹配使得在FSS层与陶瓷基体层间产生很大的热应力，致使图案附着力较差。由于天线系统在运行时要承受住飞行过程中的高温气流冲刷，能够在恶劣的气动环境下长时间工作，为了保证天线系统的可靠性，必须提高FSS结构及天线单元结构的附着力。另外，现有玻璃粉的成分中含有较多的碱金属氧化物，具有较高的介电常数和介电损耗，影响FSS天线罩及共形天线的电性能。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种电子浆料用低膨胀系数低介电常数微晶玻璃粉及其制备方法。

本发明的技术方案是：

第一方面，本发明提供一种电子浆料用低膨胀系数低介电常数微晶玻璃粉，包括重量百分比为55～72％的SiO₂、6～20％的Al₂O₃、2～13％的B₂O₃、1～8％的MgO、0～3％的BaO、0～3％的ZnO、0～2％的CaO、0～2％的ZrO₂、0-3％的稀土氧化物和3～15％的β-锂霞石微晶玻璃粉。

具体的，稀土氧化物为La₂O₃、Gd₂O₃、Y₂O₃、Er₂O₃、CeO₂、Nd₂O₃中的一种或几种。

第二方面，本发明还提供一种电子浆料用低膨胀系数低介电常数微晶玻璃粉的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，配料混磨：按上述配方中所述重量百分比准备配料，将配料在混料机中混料2-24h，混合均匀；

步骤2，玻璃熔制：装入刚玉坩埚中，在电阻炉中1500～1700℃恒温1～4h，得到澄清的玻璃液；

步骤3，水淬：将玻璃液在去离子水中水淬后取出，放入鼓风干燥箱中，80-120℃烘干 2-6h，得到玻璃渣；

步骤4，球磨：将玻璃渣置于行星式球磨机中球磨4-8h，过400-500目筛，得到基础玻璃粉，控制粉体平均粒径低于3μm；

具体的，粉体平均粒径控制在1.0～2.5μm。

步骤5，在步骤4得到的玻璃粉中添加β-锂霞石，球磨2-5h，烘干后用300-400目筛筛分，控制粉体平均粒径低于5μm；

步骤6，将步骤5球磨后的原料进行熔制、水淬、烘干，得到所述微晶玻璃粉。

具体的，熔制温度为1250-1400℃，保温0.5-2h。

本发明的有益效果是：

本发明提供一种电子浆料用低膨胀系数低介电常数微晶玻璃粉及其制备方法，作为透波陶瓷材料之间的粘接剂，通过对微晶玻璃粉中各氧化物的种类及含量的调整，实现对无铅微晶玻璃粉的热膨胀系数、介电常数、介电损耗、玻璃化温度、软化温度、析晶温度等的调节，最终将玻璃粉的热膨胀系数调节在0.5×10^-6-1.6×10^-6/℃，介电常数为4.5-6.0(频率为9GHz)，介电损耗正切为3×10^-3-5×10^-3(频率为9GHz)，满足特定频段的透波使用要求；玻璃粉组成中SiO₂和Al₂O₃的含量较高，熔制温度及高温粘度都很高，在其中添加稀土元素氧化物后，由于稀土离子的半径大，且配位数较高，当引入量较少时，可能会起到破坏网络结构，降低网络连接度的作用，从而降低高温粘度，提高浆料烧结后的附着力。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例一至六按照如下步骤制备电子浆料用低膨胀系数低介电常数微晶玻璃粉：

(1)配料混磨：按照上述配方中所述重量百分比准备配料，将配料在混料机中混料12h，混合均匀，各原料的组成及其质量百分含量见表1；

(2)玻璃熔制：将配料装入刚玉坩埚中，在电阻炉中1600℃恒温1.5h，得到澄清的玻璃液；

(3)水淬：将玻璃液在去离子水中水淬后取出，放入鼓风干燥箱中，100℃烘干4h，得到玻璃渣；

(4)球磨：将玻璃渣置于行星式球磨机中球磨8h，过500目筛，得到粒径为1.0μm～2.5μm的基础玻璃粉；

(5)在基础玻璃粉中添加β-锂霞石，球磨2h，烘干后用400目筛筛分，粉体粒径低于5 μm，其中基础玻璃与β-锂霞石微晶玻璃粉的质量百分含量见表2；

(6)将步骤5球磨后的原料在1300℃电阻炉中保温1h，待澄清后进行水淬、球磨、烘干，得到所述微晶玻璃粉。

为了更加直观地对本发明进行解释说明，下面以表格形式列出五组实施例，以及各组实施例玻璃粉的性能测试结果，见表1和表2。

表1

表2

从表1、表2可以看出，在基础玻璃粉中加入锂霞石后，玻璃粉的膨胀系数有一定程度的降低，通过调节玻璃粉添加比例，可以在低于800℃的软化温度下实现热膨胀系数可调，且介电常数和介电损耗都比较低，能够满足天线及频选结构用导电浆料的使用要求。

以上公开的本发明的具体实施例，其目的在于帮助理解本发明的内容并据以实施，本领域的普通技术人员可以理解，在不脱离本发明的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的。本发明不应局限于本说明书的实施例所公开的内容，本发明的保护范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims (6)

1.一种电子浆料用低膨胀系数低介电常数微晶玻璃粉，其特征在于，包括重量百分比为55～72％的SiO₂、6～20％的Al₂O₃、2～13％的B₂O₃、1～8％的MgO、0～3％的BaO、0～3％的ZnO、0～2％的CaO、0～2％的ZrO₂、0-3％的稀土氧化物和3～15％的β-锂霞石微晶玻璃粉；

所述稀土氧化物为La₂O₃、Gd₂O₃、Y₂O₃、Er₂O₃、CeO₂、Nd₂O₃中的至少一种；

所述电子浆料用低膨胀系数低介电常数微晶玻璃粉的热膨胀系数为0.5×10^-6-1.6×10^-6/℃，介电常数为4.5-6.0，介电损耗正切为3×10^-3-5×10^-3，采用以下步骤制备而成：

步骤1：按配方中的重量百分比准备配料，将配料在混料机中混料以混合均匀；所述将配料在混料机中混料的混料时间为2-24h；

步骤2：将混合后的物料装入刚玉坩埚中，在电阻炉中恒温保持一定时间，得到澄清的玻璃液；所述在电阻炉中恒温保持一定时间，是在1500～1700℃恒温1～4h；

步骤3：将玻璃液在去离子水中水淬后取出，放入鼓风干燥箱中烘干，得到玻璃渣；

步骤4：将玻璃渣置于行星式球磨机中球磨，并过筛，得到基础玻璃粉，控制粉体平均粒径低于3μm；

步骤5：在步骤4得到的玻璃粉中添加β-锂霞石，球磨并烘干，然后进行筛分，控制粉体平均粒径低于5μm；

步骤6：将步骤5球磨后的原料进行熔制、水淬、烘干，得到微晶玻璃粉；所述熔制的温度为1250-1400℃，保温0.5-2h。

2.一种权利要求1所述电子浆料用低膨胀系数低介电常数微晶玻璃粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：按配方中的重量百分比准备配料，将配料在混料机中混料以混合均匀；所述将配料在混料机中混料的混料时间为2-24h；

步骤2：将混合后的物料装入刚玉坩埚中，在电阻炉中恒温保持一定时间，得到澄清的玻璃液；所述在电阻炉中恒温保持一定时间，是在1500～1700℃恒温1～4h；

步骤3：将玻璃液在去离子水中水淬后取出，放入鼓风干燥箱中烘干，得到玻璃渣；

步骤4：将玻璃渣置于行星式球磨机中球磨，并过筛，得到基础玻璃粉，控制粉体平均粒径低于3μm；

步骤5：在步骤4得到的玻璃粉中添加β-锂霞石，球磨并烘干，然后进行筛分，控制粉体平均粒径低于5μm；

步骤6：将步骤5球磨后的原料进行熔制、水淬、烘干，得到微晶玻璃粉；所述熔制的温度为1250-1400℃，保温0.5-2h。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤3所述烘干的温度为80-120℃，时间为2-6h。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤4将玻璃渣置于行星式球磨机中球磨4-8h，过400-500目筛，得到基础玻璃粉。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤4将粉体平均粒径控制在1.0～2.5μm。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤5所述球磨的时间为2-5h，采用300-400目筛进行所述筛分。