高介电常数Li-Nb-Ti系微波介质陶瓷的低温烧结研究

摘要

随着微波通信技术的迅速发展,研究者们对微波介质陶瓷提出了更高的要求,低温共烧陶瓷(LTCC)更是该领域的热门研究方向。
　　Li2O-Nb2O5-TiO2(LNT)陶瓷具有介电常数高、品质因数高和频率温度系数小等优异的微波介电性能,并且其烧结温度相对较低(1100℃),相对于其他高介电常数的微波介质陶瓷(烧结温度一般在1300℃以上),更容易通过掺杂达到降烧的效果,而对其自身的微波介电性能影响却很小。LNT陶瓷是一种很有发展潜力的新型微波介质材料,有望通过掺杂降烧作为LTCC材料使用。
　　本文主要包括了对LNT陶瓷的工艺优化和掺杂降烧两部分的内容。其中,在LNT陶瓷掺杂降烧的研究中,所采用的降烧剂主要有:Li-Al-B、Li-B-Si、V-Cu,其中Li-B-Si是采用不同摩尔比配制的两种降烧剂,分别记为S1和S2降烧剂。主要研究工作如下:
　　(1)在球磨时间的对比实验中,研究表明,随着球磨时间的增加,可以在一定范围内改善LNT陶瓷的介电性能。当球磨时间为4小时时,取得最佳的微波介电性能:εr=69.14, tgε=6.37×10-4, Qf=5900GHz。
　　(2)在球磨配比的对比实验中,研究表明,随着球磨配比中锆球和酒精所占比例的不同,LNT陶瓷的介电性能会有所不同。最终确定了粉料、酒精、锆球三者的最佳比例为1:0.75:6,其对应的优异微波介电性能为:εr=68.92,tgε=6.33×10-4, Qf=5829GHz。
　　(3)研究了LAB降烧剂对LNT陶瓷介电性能的影响。研究表明,LAB降烧剂在一定程度上可以降低LNT陶瓷的烧结温度。当掺杂w(LAB)为3％时,LNT陶瓷可在950℃烧结致密,并获得了优异的微波介电特性:εr=61.23,Qf=4704GHz,τf=2.2ppm/℃。
　　(4)研究了VC降烧剂对LNT陶瓷介电性能的影响。研究表明,VC降烧剂可以在一定程度上降低LNT陶瓷的烧结温度。当掺杂w(VC)为3％时,LNT陶瓷可在925℃烧结致密,并获得了优异的微波介电特性:εr=61.38,Qf=5420GHz,τf=-3.2ppm/℃。
　　(5)研究了S1降烧剂对LNT陶瓷介电性能的影响。研究表明,在LNT陶瓷中掺入少量的S1降烧剂,即可达到很好的降烧效果,并且对LNT陶瓷本身的介电性能影响很小。通过XRD的分析可知,在掺入少量S1降烧剂的LNT陶瓷中没有出现第二相。
　　当掺杂w(S1)为0.75％时,LNT陶瓷可在900℃烧结致密,并获得了优异的微波介电特性:εr=66.74,tgε=9.99×10-4,Qf=4347GHz。
　　(6)研究了S2降烧剂对LNT陶瓷介电性能的影响。研究表明,S2降烧剂能够有效降低LNT陶瓷的烧结温度。通过XRD的分析可知,掺入少量S2降烧剂的LNT陶瓷中也没有出现第二相。
　　当掺杂w(S2)为0.75％时,LNT陶瓷可在875℃附近烧结致密,并且其对应的优异微波介电特性为:εr=63.26,tgε=9.19×10-4,Qf=4821GHz。

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第一章 绪 论

1.1 引 言

1.2 微波介质陶瓷的应用与发展

1.3 微波介质陶瓷的性能参数

1.4 微波介质陶瓷的低温烧结

1.5 Li-Nb-Ti体系材料简介

1.6 微波介质陶瓷的现存问题及发展方向

1.7 论文的目的与研究内容

第二章 实验方法及其测试

2.1 实验原材料及相关降烧剂

2.2 实验工艺设备

2.3 实验工艺流程及其步骤

2.4 实验测试仪器

2.5 实验测试方法与操作流程

第三章 M-相Li-Nb-Ti系微波介质陶瓷的球磨工艺优化实验

3.1 球磨时间对M-相Li-Nb-Ti系陶瓷微波介电性能的影响

3.2 球磨配比中球比重对M-相Li-Nb-Ti系陶瓷微波介电性能的影响

3.3 球磨配比中酒精比重对M-相Li-Nb-Ti系陶瓷微波介电性能的影响

3.4 本章小结

第四章 掺杂不同降烧剂的Li-Nb-Ti系微波介质陶瓷

4.1 Li-Al-B降烧剂对LNT陶瓷烧结特性和介电性能的影响

4.2 V-Cu降烧剂对LNT陶瓷烧结特性和介电性能的影响

4.3 S1降烧剂对LNT陶瓷烧结特性和介电性能的影响

4.4 S2降烧剂对LNT陶瓷烧结特性和介电性能的影响

4.5 本章小结

第五章 结 论

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果