随着5G移动通信和物联网的发展,通讯频率迈入高频时代,通讯速度要求越来越快,传输损耗要求尽可能小。为满足高频高速、电子小型化的要求,低介电常数、低介电损耗的LTCC材料受到广泛的关注。因此研究能够应用于5G发展的高性能新型微波材料来用以支撑无线通信技术发展具有非常重要的意义。对于硼酸盐体系而言,其材料的低成本、低烧结温度和低介电常数等特点使该体系更具吸引力。目前,诸如Mg_2B_2O_3、La_2O_3-B_2O_3等硼酸盐体系被广泛研究,但对CaAl_2B_2O_7系的研究仅限于对其结构和发光性能的介绍。这种材料的稳定性、烧结过程中的相组成以及微波介电性能等方面仍存在模糊的认识。因此,本文主要围绕一种新型CaAl_2B_2O_7微波介质陶瓷展开研究,选择该陶瓷体系材料得益于其低介电常数以及高品质因数的微波特性。不仅通过实验工艺控制(如调节预烧和烧结温度、Al元素的非化学计量比设计)摸清了最佳工艺条件,制备出了具有优异微波介电性能的低介电陶瓷;同时为了使CaAl_2B_2O_7基体系适用于LTCC技术领域,通过外掺烧结助剂形成玻璃键合陶瓷的方式成功将烧结温度降低至850~oC以满足与Ag电极共烧的匹配度且对CaAl_2B_2O_7基陶瓷材料的低温烧结动力学进行了系统探索。本文首先通过Al元素的非化学计量比设计了CaAl_(2x)B_2O_7(x=1,0.75,0.5,0.25),探索了预烧及烧结温度对陶瓷介电特性的影响规律。实验表明,随着Al_2O_3含量的增加导致Al-O键变化,最佳预烧温度呈现升高趋势(x=0.25:750~oC;x=1:800~oC),最佳烧结温度同样由930~oC升高至1020~oC。当Al含量x=0.5、预烧温度为800~oC、烧结温度为940~oC时CaAl_(2x)B_2O_7(x=0.5)获取出色的微波介电性能:ε_r=5.80,Q×f=63338GHz(@13.57GHz),τ_f=-29±2ppm/~oC,ρ=2.42g/cm~3,然而由于最佳烧结温度出现在Ag熔点附近,不能与Ag电极共烧。为了使CaAl_2B_2O_7基微波介质陶瓷能够应用于LTCC领域及扩宽烧结温度窗口(由10~oC扩宽为25~oC),对陶瓷组分CaAl_(2x)B_2O_7(x=0.5)进行了外掺烧结助剂Li_2O-B_2O_3-SiO_2(LBS)以及LiF,由XRD研究发现掺杂LBS玻璃或LiF不会与陶瓷基料发生反应,晶相组成仍为CaAl_2B_2O_7和CaB_2O_4,并且能够与Ag共烧,陶瓷与银浆匹配优异。当加入0.5wt.%的LiF时,当烧结温度为875~oC时样品获得最佳性能:ε_r=6.08,Q×f=37295GHz(@15.78GHz),ρ=2.43g/cm~3,τ_f=-22.36ppm/~oC;当加入1wt.%的LBS、烧结温度为850~oC时样品取得最佳性ε_r=5.91,Q×f=39443GHz(@16.53GHz),τ_f=-23.5ppm/~oC,ρ=2.41g/cm~3。最后,为了深入研究CaAl_(2x)B_2O_7(x=1,0.75,0.5,0.25)陶瓷和无添加剂、组分x=0.5时外掺LiF和LBS玻璃的复合陶瓷低温烧结动力学,同时为了能够定量分析Al含量变化及助烧剂对烧结温度的影响,本章具体分析了升温过程中样品的烧结行为,研究了热收缩曲线并基于阿伦尼乌斯方程的恒定升温速率模型计算了各样品的烧结活化能。根据热收缩曲线、烧结活化能和烧结温度发现,Al含量的减少使烧结活化能会降低,该体系能够在更低的烧结温度下致密烧结;根据计算结果和收缩曲线可以表明由于液相烧结的原因掺杂LiF(E_a=672kJ/mol)和LBS(E_a=530kJ/mol)玻璃相比与CaAl_(2x)B_2O_7(x=0.5)陶瓷的激活能(E_a=1342kJ/mol)较低,因此掺杂LiF和LBS玻璃能够降低烧结温度。最后分析了热收缩曲线出现的“台阶现象”归因于原料中未反应完全的CaB_2O_4与Al_2O_3在进行化学反应生成CaAl_2B_2O_7物相。