论文部分内容阅读
低温共烧陶瓷(LTCC)技术是目前实现电子元器件集成化、小型化、轻量化、低成本化的重要途径之一,在电子封装、射频器件和汽车电子等领域都有着广泛的应用。
BaTi4O9陶瓷是许多已经实用化的重要微波介质材料之一,但是约1300℃的烧结温度限制了它在LTCC技术中的应用。已有工作表明,掺加玻璃烧结助剂的BaTi4Og陶瓷虽能在900℃烧结致密,但是大量玻璃相的引入导致陶瓷的微波介电性能显著恶化。寻找新的玻璃烧结助剂,改善BaTi4O9陶瓷的烧结性能,并保持足够好的微波介电特性,是BaTi4O9陶瓷在LTCC技术应用方面的一个重要课题。本文提出了一个新的低熔点烧结助剂B2O3-ZnO-V2O5玻璃系统,并运用差热分析(DTA),X-射线衍射(XRD),红外光谱(IR),拉曼光谱(Raman),热膨胀分析(CTE),扫描电镜(SEM)及微波介电特性测量等实验手段,对该系统玻璃的物性,结构,析晶行为以及B203-ZnO-V205玻璃作为低烧助剂对BaTi4O9陶瓷烧结性能和微波介电性能的影响开展了系统深入的探索性研究。本工作的主要结论是:
1)本实验中各组成的B2O3-ZnO-V2O5熔体均能形成均匀单相的玻璃。随着玻璃中V2O5含量的增加,玻璃的密度(p),转变温度(Tg),显微硬度(MHv)和膨胀软化温度(Tf)等都逐渐地减小。这与V2O5增加后,玻璃网络结构强度被削弱直接相关。
2)在本工作中制备的B2O3-ZnO玻璃,其结构主要是由[BO3]和[BO4]配位多面体单元构成的偏、焦、双和正硼氧基团组成。在B2O3-ZnO玻璃中引入的V2O5以[VO4]的形式存在,取代B2O3-ZnO二元系统中[BO3]和[BO4]多面体并均匀分布于B2O3-ZnO-V2O5玻璃中。当V2O5含量少于lOmol%时,[VO4]直接连接到含硼的基团上:当V2O5含量继续增加时,开始出现以[VO4]相互连接的基团。玻璃结构中的[BO3]和[B04]多面体被[VO4]取代之后,网络结构的整体强度被削弱。
3) B2O3-ZnO-V2O5玻璃的析晶机理为表面析晶。在玻璃的热处理过程中,析出的晶相主要为Zn3(BO3)2,Zn2V2O7和ZnB2O4。随着V2O5含量的增加,由于玻璃结构的整体强度被削弱,各晶相所对应的析晶峰温度(Tp),晶相熔化温度(Tm)和析晶活化能(Eg)都逐渐降低。
4)在低温烧结过程中,B2O3-ZnO-V2O5玻璃助剂与BaTi4O9陶瓷之间发生化学反应并生成三种新相:TiO2,BaTi(BO3)2和BaZn2.03Ti3.93O10.69。随着玻璃中V2O5含量的增加,低烧陶瓷中TiO2相含量逐渐增加,导致陶瓷的介电常数(εr)不断提高。由于BaZn2.03Ti3.93O10.69相的Q值较小,另外陶瓷的结构由于针状TiO2相的杂乱分布而变得疏松,使得低烧陶瓷的Qxf偏低。
5) B2O3-ZnO-V2O5玻璃可以有效降低BaTi4O9陶瓷烧结温度,改善其烧结性能,但同时也使微波介电性能受到一定程度的损害。为获得更加理想的低烧助剂,还需要进一步开展更广泛和深入的工作。添加25wt%(100-x)[0.678203-0.33ZnO]-xV2O5|Xxx2.5玻璃的BaTi4O9陶瓷能够在900℃/2小时的条件下充分烧结致密,其组成晶相为TiO2/BaTi(BO3)2和BaZn2.03Ti3.93O10.69,介电常数εr-30.76,Qxf=4621GHz,谐振频率温度系数τf=114ppm/℃。