CaTiO3基微波介質(zhì)陶瓷的摻雜改性、低溫?zé)Y(jié)及介電性能的研究.pdf

1、微波介質(zhì)陶瓷在微波通訊技術(shù)中有著重要的用途，現(xiàn)代通訊技術(shù)要求設(shè)備小型化、高頻化、集成化及低成本化，以低溫共燒陶瓷技術(shù)(Lowtemperatureco-firedceramic，LTCC)為基礎(chǔ)的多層結(jié)構(gòu)設(shè)計可以滿足以上要求，LTCC技術(shù)要求微波介質(zhì)陶瓷介電性能優(yōu)異（高品質(zhì)因數(shù)和近零的諧振頻率溫度系數(shù)），并可與熔點較低的Ag或Cu（熔點分別為961℃和1083℃）電極在低溫下共燒。
　　 CaTiO3-Ca(Mg1/3Nb2/3

2、)O3是一種介電性能優(yōu)良的高頻介質(zhì)陶瓷材料，但其燒結(jié)溫度很高(1300℃)，不利于高性能復(fù)合元器件的實現(xiàn)。本文從材料組成、制備工藝研究了其對陶瓷的燒結(jié)特性、物相組成、微觀結(jié)構(gòu)和微波介電性能的影響。
　　 (1)CMNT系列陶瓷的微波介電性能的研究
　　 通過前驅(qū)體法制備(1-x)CaTiO3-xCa(Mg1/3Nb2/3)O3(簡稱CMNT)陶瓷，研究結(jié)果表明:在選定的x值范圍內(nèi)，相組成均為正交系的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，形成了完全

3、固溶體。在1300℃/5h燒結(jié)，x=0.6的陶瓷的微波介電性能良好:εr=47.75，Q·f=29100GHz,τf=-25ppm/℃。
　　 (2)A位離子置換改性CMNT陶瓷的微波介電性能的研究
　　 研究不同半徑的離子(Sm3+、Nd3+和La3+)對CMNT(x=0.6)A位離子進(jìn)行置換改性，研究發(fā)現(xiàn)，各改性陶瓷在置換改性范圍內(nèi)均形成了單一鈣鈦礦結(jié)構(gòu);A位的不等價置換改性，使得A位的陽離子空位隨置換量x的增加而增

4、多，這最終將導(dǎo)致原來的氧八面體產(chǎn)生畸變，隨著x值的增加，軸比逐漸減小，說明氧八面體畸變程度增加，但陶瓷結(jié)構(gòu)還是正交晶系。
　　 各改性陶瓷均在1300℃燒結(jié)致密，體積密度隨摻雜量的增加而增大。摻雜量x=0.06，各改性陶瓷的介電性能較好，摻雜Sm3+、Nd3+和La3+的陶瓷的介電性能分別為:εr=47.53，Q·f=30108GHz，τf=-10.2ppm/℃;εr=43.12,Q·f=30127GHz，τf=-11.3ppm

5、/℃;εr=39.3，Q·f=30560GHz，τf=-16.25ppm/℃。摻雜Sm3+的CSMNT陶瓷性能較好，以該材料為基材，進(jìn)行低溫?zé)Y(jié)的研究。
　　 (3)低溫?zé)Y(jié)CSMNT陶瓷的微波介電性能的研究
　　 通過添加低熔點的燒結(jié)助劑H3BO3-CuO(簡稱BC)、H3BO3-ZnO(簡稱BZ)、H3BO3-ZnO-BaCO3(簡稱BZB)來實現(xiàn)CSMNT(x=0.06)的低溫?zé)Y(jié)，研究發(fā)現(xiàn):分別添加BC玻璃和BZ

6、玻璃的陶瓷，在各組分范圍內(nèi)均形成了正交晶系鈣鈦礦結(jié)構(gòu)主晶相，玻璃成分沒有進(jìn)入陶瓷晶格或形成新的晶相;添加BZB玻璃的陶瓷由兩種晶相組成:正交型CaTiO3相（主晶相）和一種新相。
　　 添加適量的玻璃，可以有效的降低陶瓷的燒結(jié)溫度，促進(jìn)晶粒生長，但過量會在燒結(jié)過程中產(chǎn)生過多的液相，且液相擴(kuò)散嚴(yán)重，使晶粒大小不均勻，進(jìn)而影響陶瓷的介電性能。
　　 添加BC、BZ和BZB玻璃可將CSMNT陶瓷的燒結(jié)溫度分別降至1050℃、9