中高介電微波陶瓷的低溫制備與性能調(diào)控研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著無(wú)線通訊技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)以微波介質(zhì)陶瓷為基礎(chǔ)的微波器件提出了小型化、高品質(zhì)化、低成本化的新要求。低溫共燒技術(shù)和高介電常數(shù)（εr）微波介質(zhì)陶瓷是實(shí)現(xiàn)通訊設(shè)備片式化和微型化的有效方法。目前，低燒和低溫共燒（LTCC）介質(zhì)材料多集中于低介微波陶瓷體系，而高介微波陶瓷體系常常存在燒結(jié)溫度高，諧振頻率溫度系數(shù)（ηf）大，品質(zhì)因數(shù)（Q）較低的缺點(diǎn)。因此，尋找具有低燒結(jié)溫度（≤1100℃）和綜合性能優(yōu)異（εr≥20，Q×f≥5000GH

2、z，ηf≈±10 ppm/℃）的新型微波介質(zhì)材料成為當(dāng)務(wù)之急。
　　本文采用復(fù)合材料的工藝原理制備新型中、高介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷，采用XRD、SEM、EDS和網(wǎng)絡(luò)分析儀，系統(tǒng)研究了幾種微波介質(zhì)陶瓷的燒結(jié)特性、晶體結(jié)構(gòu)、顯微組織和介電性能，得到如下結(jié)果：
　　1.(1-x)Li3NbO4-xCa0.8Sr0.2TiO3(x=0.1-0.4)體系：XRD和 EDS結(jié)果表明，在0.1≤x≤0.4成分范圍內(nèi)，所有樣品均由鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的

3、鈦酸鍶和Li3NbO4兩相共存構(gòu)成。隨著x值增大，εr從18.6增到31.2；Q×f值從86962GHz降至9472GHz；ηf從-30 ppm/?C增加到＋119ppm/?C。實(shí)測(cè)結(jié)果與理論計(jì)算值及變化規(guī)律相一致。當(dāng)x=0.2時(shí)，在1075℃下燒結(jié)的陶瓷的介電性能最優(yōu)：εr=21.4， Q×f=49,276GHz，ηf=+5.15 ppm/℃。
　　2.(1-x)BiVO4-xLi0.5Re0.5WO4(Re=La，Nd，Sm)

4、(x=0.05-0.11)體系：XRD結(jié)果表明,該體系在替代范圍內(nèi)均形成了單斜晶系BiVO4結(jié)構(gòu)固溶體，且晶胞體積隨著x的增加呈近似線性增加。SEM結(jié)果表明，該體系的最佳燒結(jié)溫度均為750℃。(1-x)BiVO4-xLi0.5La0.5WO4在x=0.09時(shí)，介電性能最理想：εr=76.65，Q×f=6789.4GHz，ηf=+7.3ppm/℃；(1-x)BiVO4-xLi0.5Nd0.5WO4在 x=0.08時(shí)，介電性能最優(yōu)：εr=7

5、1.8， Q×f=7481.7GHz，ηf=0.8ppm/℃；(1-x)BiVO4-xLi0.5Sm0.5WO4在x=0.07時(shí)，介電性能最好：εr=74.7，Q×f=9054GHz和ηf=-1.6ppm/℃。該系陶瓷材料有望用于微波天線和LTCC領(lǐng)域。
　　3.(1-x)Ca0.8Sr0.2TiO3-xLi0.5Sm0.5TiO3（CST-LST）體系：XRD結(jié)果表明，所有樣品均為正交晶系鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。當(dāng) x=0.8，1250℃燒

6、結(jié)的陶瓷介電性能最好。添加5wt％BCB可使CST-LST陶瓷的燒結(jié)溫度從1250℃降至950℃,微波介電性能優(yōu)異：εr=66.7，Q×f=3222 GHz，ηf=-21.3ppm/℃。添加適量的TiO2能有效地調(diào)節(jié)ηf和提高εr。950℃/4h時(shí) CST-LST+5wt%BCB+1.5wt%TiO2樣品的微波介電性能為：εr=71.6， Q×f=3441GHz，ηf=-10.8ppm/℃。該陶瓷與Ag電極共燒相容性好，有望應(yīng)用于LTC