氧化物掺杂对Al2O3-B2O3-SiO2低温共烧陶瓷的影响研究

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随着时代的发展,科技的进步,电子材料的发展已经与我们的生活息息相关,电子材料的发展方向已经逐渐向小型化、易集成、数字化等方面倾斜。低温共烧陶瓷技术作为一种新型材料技术,在电子材料的小型化、易集成、数字化等方面具有不可替代的作用。然而我国低温共烧陶瓷技术发展较晚,十分依赖国外的原材料,在中高端产品的研发以及量产方面与日美等发达国家相比也略为不足。因此研发出有自主知识产权的低温共烧陶瓷粉料对国家的低温共烧陶瓷行业以及半导体行业具有重要意义。本次课题主要是通过无压烧结的方法,利用B2O3-SiO2二元体系提供的液相,基于液相烧结方式制备了0.5Al2O3-B2O3-3SiO2(ABS)低温共烧陶瓷材料。在ABS基础上,探究了掺杂不同含量的氧化物(Y2O3、La2O3、Na2O、K2O)对材料结构和性能的影响。研究成果如下:(1)La2O3、Y2O3作为常用的稀土氧化物,有着独特的电子层结构。掺杂一定量的La2O3、Y2O3到ABS材料中,可以降低玻璃粘度,促进液相烧结,降低烧结温度。但是掺杂过量的La2O3、Y2O3均会不利于材料烧结,使材料气孔增多,密度降低。掺杂0.1wt%La2O3到ABS之后,材料会出现较多的孔洞。随着La2O3掺杂量的增加,材料的致密呈现先增加后降低的趋势。当掺杂1wt%La2O3到ABS中,材料的密度有最大值。掺杂0.3wt%Y2O3、1%wt Y2O3到ABS,有较多的玻璃相出现。玻璃相的出现不利于材料的介电损耗,使得材料介电损耗增大。当掺杂0.1wt%Y2O3到ABS中,材料密度有最大值。(2)掺杂0.5wt%La2O3到ABS中,材料综合性能最好。此时材料的介电损耗为1.69×10-3(1MHZ),介电常数为7.57(1MHZ),抗弯强度为42MPa,50℃下的热导率为0.48 W/m·K,密度为1.99 g/cm3。掺杂2wt%Y2O3到ABS中,材料综合性能最好。此时材料的介电损耗为9.2×10-4(1MHZ),介电常数为3.6(1MHZ),抗弯强度为47 MPa,50℃下的热导率为0.53 W/m·K,密度为2.1g/cm3。(3)K2O、Na2O作为网络外体氧化物,掺杂到ABS中,可以起到断开网络,降低玻璃的黏度,促进液相烧结以及致密化的作用。但掺杂过量的K2O、Na2O到ABS材料中,不利于材料的烧结,使其出现较多的气孔,导致密度、抗弯强度下降,介电损耗上升。当掺杂0.1mol K2O、0.15mol Na2O到ABS材料中,材料综合性能最好。此时介电损耗为7.357×10-4(1MHZ),介电常数为7(1MHZ),抗弯强度为72 MPa,50℃下的热导率为0.645 W/m·K,密度为2.38g/cm3
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