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微波介电陶瓷广泛用于微波电路基板、介质谐振器以及滤波器等微波通讯领域。近年来,低介微波介质陶瓷材料受到广泛关注,其中低温共烧陶瓷(LTCC)具有潜在的应用前景。随着微波通讯技术的不断发展,对LTCC提出了更高的要求,即需要有超低的烧结温度、超低的介电常数、高品质因数,以及能够与Ag、Cu电极共烧。 本文采用固相烧结法和高温熔融-烧结法制备新型的LiMPO4(M=Mn、Mg、Zn)体系陶瓷和RO-ZnO-B2O3-P2O5(R=Sr、Mg)玻璃陶瓷材料。通过差示扫描量热仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪和矢量网络分析仪系统地研究了取代、掺杂以及烧结温度对LiMPO4陶瓷和RO-ZnO-B2O3-P2O5玻璃陶瓷的烧结特性、物相组成、微观结构和介电性能(介电常数εr、品质因数Q×f和谐振频率温度系数τf)的影响,得到如下结果: 1. (1-x)LiMnPO4-xTiO2(x=0.17-0.23)陶瓷体系:XRD结果表明,所有样品均由橄榄石结构的LiMnPO4和金红石结构的TiO2构成。SEM结果表明,TiO2的掺杂能够促进晶粒的细化。随着掺杂TiO2的增加,εr从11.43增加到13.49;Q×f从41,594 GHz减少到35,297 GHz;τf从-55 ppm/℃增加到+26.8 ppm/℃。所有的实验值与理论值的变化规律基本一致。当 x=0.19时,在875℃下烧结得到陶瓷的微波介电性能最优:εr=12.30,Q×f=38,671 GHz,τf=+6.7 ppm/℃。且其能够与Ag共烧。 2. LiMn1-xMgxPO4(x=0-0.6)陶瓷体系:XRD结果表明所有样品均由LiMnPO4和LiMgPO4相构成。SEM结果表明,随着Mg的增加晶粒尺寸出现明显的差异。介电常数在x=0.6时最佳达到6.48,Mg的替代能增加样品的品质因数。在x=0.6时, 800 ℃烧结的LiMn1-xMgxPO4陶瓷有最优的介电性能:εr=6.48,Q×f=66,021 GHz,τf=-51.8 ppm/℃。 3.(1-x)LiZnPO4-xTiO2(0.14≤x≤0.21)陶瓷体系:XRD结果表明,所有样品均是由LiZnPO4和TiO2相组成。SEM结果表明,晶胞体积都随着TiO2的增加而减小。掺杂TiO2能提高样品的温度系数使τf接近于零。(1-x)LiZnPO4-xTiO2陶瓷在x=0.19, 950℃保温4h时微波介电性能最佳:εr=10.00,Q×f=10,025 GHz,τf=+1.6 ppm/℃。此材料能与Ag共烧。 4. MgO-ZnO-B2O3-P2O5-xTiO2玻璃陶瓷体系:XRD结果表明,添加TiO2的样品由磷酸盐相和TiO2构成。晶相含量随着温度的升高而增加。在660℃烧结4h的MgO-ZnO-B2O3-P2O5 玻璃陶瓷微波介电性能最佳:εr=3.05,Q×f=14,190 GHz,τf=-57 ppm/℃。掺杂0.5 wt%的TiO2可使谐振频率温度系数从-57 ppm/℃增加到-36 ppm/℃,介电性能为:εr=3.17,Q×f=10,658 GHz,τf=-36 ppm/℃。此材料能与Ag共烧,且介电常数低于5。该材料可望用于超低介LTCC领域。 5.SrO-ZnO-B2O3-P2O5玻璃陶瓷体系:XRD结果表明,所有样品均由磷酸盐和二磷酸盐相构成,SrO-ZnO-B2O3-P2O5玻璃陶瓷在640℃烧结4h,其微波介电性能最佳:εr=4.14,Q×f=9,613 GHz,τf=-78 ppm/℃。此材料能与Ag共烧,烧结温度低于650℃且介电常数低于5。该材料有望用于超低介超低温LTCC领域。