Al-,2-O-,3--TiO-,2-基復(fù)合微波介質(zhì)陶瓷的研究.pdf

1、現(xiàn)代通信技術(shù)的革新對(duì)以微波介質(zhì)陶瓷為基礎(chǔ)的微波電路器件提出了更高的要求，而其中的低介電常數(shù)類微波介質(zhì)陶瓷具有介電常數(shù)(ε<'r>)低、品質(zhì)因子(Q×f)高并且頻率溫度系數(shù)(τ<,f>)接近零的特點(diǎn)，因而能夠滿足新型的毫米波器件的應(yīng)用要求，具有廣闊的應(yīng)用前景。Al<,2>O<,3>陶瓷具有較低的介電常數(shù)、低的介電損耗和高的熱導(dǎo)率，是一種性能優(yōu)異的低介陶瓷材料。本文對(duì)Al<,2>O<,3>體系陶瓷的低溫?zé)Y(jié)和微波介電性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究。

2、 本文選擇Al<,2>O<,3>-TiO<,2>陶瓷作為研究體系。TiO<,2>的引入旨在利用其正τ<,f>研值(+450ppm/℃)與Al<,2>O<,3>(-60 ppm/℃)復(fù)合，以求獲得τ<,f>值接近零的微波介質(zhì)材料。利用溶膠一凝膠法合成MCAS玻璃粉作為燒結(jié)助劑。分別采用普通的Al<,2>O<,3>、TiO<,2>粉和納米Al<,2>O<,3>、TiO<,2>粉兩類原料，并添加不同比例的MCAS玻璃作為燒結(jié)助劑，制備出了

3、0.88Al<,2>O<,3>-0.12TiO<,2>陶瓷。利用XRD、SEM等測(cè)試手段對(duì)其進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析，并利用HP 8722ET矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)定了其微波介電性能。結(jié)果表明，燒結(jié)助劑的添加量和熱處理工藝等因素是影響陶瓷的相結(jié)構(gòu)和介電性能的主要因素。 采用普通粉體并添加一定量的MCAS玻璃，在1350℃的燒結(jié)溫度下能獲得相對(duì)密度達(dá)到95％以上的0.88Al<,2>O<,3>-0.12TiO<,2>陶瓷，其介電性能隨燒結(jié)助劑添加

4、量的增加而變化。其中介電常數(shù)和品質(zhì)因子隨玻璃添加量的增加而降低，τ<,f>是大的負(fù)值(-13 ppm/℃～-18 ppm/℃)，其原因在于高溫下Al<,2>O<,3>與TiO<,2>生成了Al<,2>TiO<,5>中間相。對(duì)制備的陶瓷進(jìn)行熱處理能夠促使中間相分解成Al<,2>O<,3>和TiO<,2>，從而獲得頻率溫度系數(shù)近零的陶瓷。MCAS玻璃的存在對(duì)中間相的分解有抑制作用，中間相的分解程度隨玻璃含量的增多而減??；但延長(zhǎng)熱處理時(shí)間同樣

5、能夠使高玻璃摻量的陶瓷的中間相(Al<,2>TiO<,5>)接近完全分解，得到近零的τ值。 采用納米粉體制備的0.88Al<,2>O<,3>-0.12TiO<,2>陶瓷的微波介電性能與燒結(jié)溫度和燒結(jié)助劑的含量密切相關(guān)。在1250℃燒結(jié)時(shí)，沒有．Al<,2>Ti05相形成，因而陶瓷(添加8wt％的玻璃燒結(jié)助劑)的頻率溫度系數(shù)接近零；而1300℃燒結(jié)的樣品，中間相(Al<,2>TiO<,5>)出現(xiàn)并隨著燒結(jié)助劑含量的增加而增多

6、，從而影響到其微波介電性能。低的MCAS玻璃添加量的陶瓷，其研值近零，如添加了2wt％的玻璃燒結(jié)助劑的陶瓷，其介電性能為：ε<,r>=11.6，Q×f=16873GHz，ε<,f>=+0.7 ppm/℃；在1350℃燒結(jié)的陶瓷的相組成與采用普通原料并在1350℃下燒成的陶瓷相同。 采用MCAS玻璃能夠有效的降低0.88Al<,2>O<,3>-0～2TiO<,2>體系陶瓷的燒結(jié)溫度，調(diào)節(jié)燒結(jié)助劑的添加量和燒結(jié)后熱處理時(shí)間，能夠調(diào)整