CBS/AlO玻璃陶瓷的制备及其性能研究

摘要

本文研究了CBS/Al2O3玻璃陶瓷组成、制备工艺和性能之间的关系。 研究了填充材料Al2O3的添加量对CBS/Al2O3玻璃陶瓷性能的影响。结果表明：提高Al2O3的添加量不仅可以降低CBS/Al2O3玻璃陶瓷的烧结温度，还可以提高其抗弯强度，改善其介电性能和微观形貌。当Al2O3添加量为30wt％时，制备的CBS/Al2O3玻璃陶瓷可以在830℃下实现致密化烧结。烧结试样的烧结收缩率和体积密度，分别为2.59g/cm3，12.56％；抗弯强度为106MPa；体积电阻率为16.2×1012Ω·cm，在1MHz的测试频率下，介电常数为7.08，介电损耗为1.17×10-3。 研究了Li2O的添加量对CBS/Al2O3玻璃陶瓷性能的影响。结果表明：当Li2O含量≤0.5wt％时，增加Li2O的添加量可以降低CBS/Al2O3玻璃陶瓷的烧结温度，提高样品的体积密度，改善其介电性能和微观形貌。Li2O添加量为0.5wt％的CBS/Al2O3玻璃陶瓷可以在800℃下实现致密化烧结。烧结试样的体积密度为2.89g/cm3；抗弯强度为116MPa；1MHz的测试频率下，介电常数和介电损耗分别为8.6，1.0×10-3。当Li2O添加量继续增加到1.0wt％时，制备的CBS/Al2O3玻璃陶瓷的致密化温度上升到820℃，其体积密度为2.49 g/cm3；抗弯强度为90MPa；体积电阻率为24×1012Ω·cm，1MHz的测试频率下，介电常数和介电损耗分别为8.1，2.8×10-3。 研究了P2O5和ZnO含量对CBS/Al2O3玻璃陶瓷性能的影响。结果表明：提高P2O5的添加量可以降低CBS/Al2O3玻璃陶瓷的烧结温度，提高其体积密度，但材料的介电常数将增大。添加适量的ZnO不仅可以降低CBS/Al2O3玻璃陶瓷的烧结温度，拓宽其烧结温区，还可以促进材料的致密化，改善其介电性能和微观形貌。当P2O5和ZnO的添加量分别为2.28wt％和3wt％时，制备的CBS/Al2O3玻璃陶瓷可以在800℃实现致密化烧结。烧结试样的体积密度为2.71g/cm3，抗弯强度为120MPa；在1MHz的测试频率下，其介电常数为8.6，介电损耗为1.27×10-3。 通过受控结晶的工艺制备了微晶玻璃CBS，并用XRD法确定了其结晶度，首次从CBS的结晶度及物相组成对CBS/Al2O3玻璃陶瓷性能的影响进行了相关研究。结果表明：选择合适的晶体类型，并将CBS玻璃的结晶度控制在一定范围之内，有利于提高CB S/Al2O3玻璃陶瓷的烧结性能，改善其介电性能和微观形貌。其中用结晶度为88.56％，主晶相为CaSiO3. CaB2O4和磷石英的玻璃粉制备出的CBS/Al2O3玻璃陶瓷可以在800℃～830℃实现致密化烧结。当烧结温度为810℃时，样品的收缩率为16.81％，体积密度为2.75g/cm3，1MHz的测试频率下，其ε为8.44，tgδ为0.9×10-3。XRD分析表明其相组成主要是CaSiO3、Ca1.82Al3.64Si0.36O8、CaAl2Si2O8、残余Al2O3和玻璃相。

目录

文摘

英文文摘

前言

声明

第一章文献综述

1.1 LTCC概述

1.1.1 LTCC的概念

1.1.2 LTCC的优点

1.1.3 LTCC的应用

1.1.4 LTCC基板材料应具有的性能

1.2 LTCC基板材料实现低温烧结的方法

1.3 LTCC基板材料国内外研究现状

1.3.1微晶玻璃

1.3.2玻璃陶瓷

1.3.3单相陶瓷

1.4本课题的研究内容和意义

第二章实验

2.1原料

2.2玻璃粉的制备

2.2.1玻璃粉的制备工艺流程

2.2.2玻璃粉的组成设计

2.2.3玻璃粉的制备

2.2.4玻璃粉的热处理

2.3 CBS/Al2O3玻璃陶瓷的制备

2.3.1 CBS/Al2O3玻璃陶瓷的制备工艺流程

2.3.2 CBS/Al2O3玻璃陶瓷的组成设计

2.3.3 CBS/Al2O3玻璃陶瓷的素坯成型

2.3.4 CBS/Al2O3玻璃陶瓷样品的制备

2.4性能测试

2.4.1体积密度的测量

2.4.2抗弯强度的测量

2.4.3介电性能的测试

2.4.4电阻率的测量

2.4.5微观结构分析

第三章结果与讨论

3.1引言

3.2 Al2O3对CBS/Al2O3玻璃陶瓷性能的影响

3.2.1 Al2O3对烧结性能的影响

3.2.2 Al2O3对电学性能的影响

3.2.3 Al2O3对力学性能的影响

3.3 Li2O对CBS/Al2O3玻璃陶瓷性能的影响

3.3.1 Li2O对烧结性能的影响

3.3.2 Li2O对电学性能的影响

3.3.3 Li2O对力学性能的影响

3.4 P2O5和ZnO对CBS/Al2O3玻璃陶瓷性能的影响

3.4.1 P2P5和ZnO对烧结性能的影响

3.4.2 P2O5和ZnO对介电性能的影响

3.5 CBS的结晶度及物相组成对CBS/Al2O3玻璃陶瓷性能的影响

3.5.1 XRD法测定微晶玻璃CBS的结晶度及物相组成

3.5.2 CBS的结晶度及物相组成对烧结性能的影响

3.5.3 CBS的结晶度及物相组成对介电性能的影响

3.6本章小结

第四章结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致 谢