液相包覆Ba2Ti9O20和Bi1.5Zn1.0Nb1.5O7介质陶瓷低温烧结的研究

摘要

伴随着近些年移动通讯科技的迅速发展，和现代无线局域网、通讯技术相关的移动设备遍及全球，同时通讯器件朝着高频率、小体积、轻质量方向快速发展。为实现移动通信终端的小型化，多层陶瓷电容器得到迅速发展。目前常用的微波介质陶瓷的烧结温度大都在1300℃以上，为了与高电导率金属材料如 Ag(960℃)或Cu(1084℃)电极进行共烧，要求陶瓷具有低的烧结温度(低于900℃)。陶瓷的低温共烧技术成为关注的焦点。目前最常用的降低微波介质陶瓷烧结温度的方法是添加助烧剂，利用液相烧结来降低烧结温度。国内外的大量研究证明，采用传统固相法添加低熔点氧化物或玻璃作为助烧剂在降低陶瓷烧结温度的同时会恶化陶瓷的介电性能。因此，本文以Ba2Ti9O20和Bi1.5Zn1.0Nb1.5O7(BZN)微波介质陶瓷为研究对象，采用液相包覆的方式引入CuO、B2O3和 B2O3-ZnO-Bi2O3(BZB)到陶瓷基体中，并研究其对陶瓷烧结特性、微观形貌、相组成以及介电性能的影响，最终利用新的工艺优化了陶瓷的综合介电性能。同时研究了以Ba2Ti9O20粉体为基体的流延浆料的流变性能。
　　本研究主要内容包括：⑴通过液相包覆法引入CuO、B2O3和BZB到Ba2Ti9O20陶瓷基体中，可以不同程度的降低烧结温度，并保持良好的综合介电性能。液相包覆H3BO3可以把Ba2Ti9O20陶瓷的烧结温度由1400℃降至1250℃。当H3BO3溶液的浓度为1.0mol/l时，1250℃烧结4h的Ba2Ti9O20陶瓷具有最佳的介电性能：εr=42，tanδ=0.002，τf=-4ppm/℃。液相包覆CuSO4可以把Ba2Ti9O20陶瓷的烧结温度由1400℃降至1200℃。当CuSO4溶液的浓度为0.32mol/l时，1200℃烧结4h的Ba2Ti9O20陶瓷具有最佳的介电性能：εr=43，tanδ=0.005，τf=-7ppm/℃。液相包覆B2O3-ZnO-Bi2O3的Ba2Ti9O20陶瓷在低频(1MHz)和微波频率下介电性能均在复合添加剂的浓度为0.3mol/l，1150℃烧结3h时达到最优。⑵采用液相包覆法引入CuO和B2O3到Bi1.5Zn1.0Nb1.5O7陶瓷基体中，可以不同程度的降低烧结温度，并保持良好的综合介电性能。液相包覆 H3BO3可以把 BZN陶瓷的烧结温度由1100℃降至900℃。当H3BO3溶液的浓度为0.9mol/l时，900℃烧结3h的BZN陶瓷具有最佳的介电性能：εr=150，Qf=228，τf=-362ppm/℃。液相包覆 CuSO4可以把 BZN陶瓷的烧结温度由1100℃降至900℃。当CuSO4溶液的浓度为0.5mol/l时，900℃烧结3h的BZN陶瓷具有最佳的介电性能：εr=161，tanδ=0.005，τf=-398ppm/℃。⑶通过对比液相包覆法和传统的固相法添加助烧剂，结果表明：采用液相法引入助烧剂，在陶瓷颗粒表面均匀的包覆一层先驱体涂层，在降低烧结温度的同时可以减少对陶瓷材料介电性能的恶化，要优于传统的固相添加法。⑷对于Ba2Ti9O20陶瓷基体，根据沉降速率优化后的浆料配方为：固含量Ba2Ti9O20为54wt％，分散剂蓖麻油为0.5wt%，粘结剂PVB为5wt%，塑性剂聚乙二醇为5wt%。按照此配方制备的流延浆料能够流延成型出具有一定韧性和强度并且表面质量较好的陶瓷膜。

目录

符号表

第一章 绪论

1.1引言

1.2微波介质陶瓷的分类和性能参数

1.3微波介质陶瓷的低温烧结及研究现状

1.4液相包覆技术简介

1.5陶瓷的流延成型

1.6本课题的提出及研究内容

第二章 实验方法与实验过程

2.1原料

2.2实验流程

2.3试样的性能测试和微结构表征

第三章 液相包覆Ba2Ti9O20陶瓷的低温烧结和介电性能研究

3.1引言

3.2液相包覆法引入B2O3对Ba2Ti9O20陶瓷的烧结特性和介电性能的影响

3.3液相包覆法引入CuO对Ba2Ti9O20陶瓷的烧结特性和介电性能的影响

3.4液相包覆法引入B2O3-ZnO-Bi2O3对Ba2Ti9O20陶瓷烧结特性和介电性能的影响

3.5本章小结

第四章 液相包覆BZN陶瓷的低温烧结和介电性能研究

4.1引言

4.2液相包覆法引入B2O3对BZN陶瓷的烧结特性和介电性能的影响

4.3液相包覆法引入CuO对BZN陶瓷的烧结特性和介电性能的影响

4.4本章小结

第五章 Ba2Ti9O20陶瓷流延浆料的沉降速率和流延成型研究

5.1 引言

5.2 实验过程

5.3 混合溶剂的种类及最佳配比的选择

5.4分散剂的种类及最佳含量的选择

5.5 陶瓷膜的表面质量

5.6本章小结

第六章 结论

参考文献

缩略语词汇表

附录 实验仪器及设备

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果