锂辉石可析晶玻璃在LTCC复合材料中的应用研究

摘要

本实验的主要目的是利用锂辉石可析晶玻璃制备出一种具有低热膨胀系数的低温共烧复合基板材料。本文先后介绍了将锂辉石可析晶玻璃与熔融石英复合制备“玻璃+陶瓷体系”LTCC材料;以及将锂辉石可析晶玻璃与钙长石可析晶玻璃复合制备“双玻璃体系”LTCC材料的探索过程。
　　通过查阅Li2O-Al2O3-SiO2三元相图,我们设计了Li:Al:Si摩尔比为1:1:3.5、1:1:4和1:1:6的三种锂辉石可析晶玻璃并详细研究了其各自的烧结特性。研究发现,上述三种锂辉石玻璃的烧结过程均受到自身析晶的影响,在单独烧结时难以实现致密化。因此,三种锂辉石玻璃分别与熔融石英复合时,均无法促进复合材料烧结。尽管两种玻璃在单独烧结时均难以烧结致密,但两种玻璃所构成的复合材料却可以在较宽的温度范围内实现烧结致密化。
　　在此基础上,我们进一步研究了锂辉石/钙长石可析晶玻璃复合材料的烧结机理与各项性能。XRD测试结果表明:锂辉石玻璃和钙长石玻璃在烧结过程中析出的主晶相分别为β-石英固溶体(840℃以上转变为β-锂辉石固溶体)和钙长石,这两种晶相分别从锂辉石玻璃和钙长石玻璃基体中析出。然而复合材料除了析出上述两种主晶相外,在840℃以上还出现了透辉石晶相。这说明两种玻璃材料在烧结过程中存在相互扩散的现象,进而导致了新晶相的产生。另外,玻璃间的相互扩散使得复合材料中的部分碱土金属离子占据了剩余玻璃相中供 Li+迁移的点位,导致 Li+的移动受到限制,使复合材料整体的介质损耗降低至0.005以下。DSC结果证明了两种纯玻璃的烧结机理均属于粘性流动烧结。复合材料的烧结是由LASB玻璃和CMABS玻璃先后主导的“两步粘性流动烧结”过程。在800℃~880℃的烧结范围内可获得相对密度大于95％的致密烧结体。该复合材料的热膨胀系数在2.8~5.4×10-6K-1的范围内可调,840℃以上烧结试样的介电常数为5.2~5.8。以上指标均满足LTCC材料的设计要求。

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第一章文献综述

1.1 LTCC技术简介

1.2 LTCC材料的特性

1.3 LTCC材料重要体系

1.4 Li2O-Al2O3-SiO2系统可析晶玻璃

1.5 CaO-Al2O3-SiO2系统可析晶玻璃

1.6 研究内容及选题意义

第二章实验与测试

2.1 实验原料与仪器

2.2 原料的制备

2.3 材料的性能测试

第三章实验结果与讨论

3.1 锂辉石系列玻璃基本性能研究

3.2 锂辉石可析晶玻璃/熔融石英复合材料烧结性能研究

3.4 钙长石系列玻璃基本性能研究

3.6 锂辉石玻璃/钙长石玻璃复合材料研究

3.7 L6-B+C-B双玻璃复合材料的性能研究

第四章 结论

参考文献

发表论文

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