（Ca，Mg）TiO-,3-系微波介質(zhì)陶瓷及片式多層微波器件研究.pdf

1、本文根據(jù)微波器件小型化、低成本化的發(fā)展特點(diǎn)和要求，結(jié)合(ca,Mg)Ti03微波介質(zhì)陶瓷存在問題，采用材料特性、器件設(shè)計(jì)及制造工藝三位一體的研發(fā)模式，開發(fā)(Ca,Mg)Ti03微波介質(zhì)陶瓷(含低溫?zé)Y(jié)、納米化)及其器件。其主要研究?jī)?nèi)容及成果如下： (一)結(jié)合材料特性、降溫效果及工藝兼容性，以Bi203-V205兩元復(fù)合和CuO-Bi203-V205(簡(jiǎn)稱CBV)三元復(fù)合為添加劑，制備LTCC微波介質(zhì)(Ca,Mg)Ti03陶瓷。研

2、究表明：①CBV三元復(fù)合助劑在燒結(jié)過程中形成低共熔點(diǎn)相BiV04和Cu3(V04)2，BiV04和Cu3(V04)2液相的雙重作用，對(duì)MgTi03陶瓷降溫效果優(yōu)于二元復(fù)合助劑Bi203-V205。②LTCC微波介質(zhì)陶瓷的介電性能與添加劑形成相密切相關(guān)。隨CBV摻雜量增大，高εr相BiV04和高損耗相Cu3(V04)2含量逐漸增多，導(dǎo)致MgTi03陶瓷的εr增大，Qf值下降，研向負(fù)值方向移動(dòng)。摻雜Bi203-V205樣品的εr隨V205增

3、加而減小。n(Bi203)/n(V205)＞l時(shí)，Qf值因高損耗相Bi2Ti207存在而降低。n(Bi203)/n(V205)≤1時(shí)，Qf值因低損耗相BiV04大量生成而增大。③CBV三元復(fù)合助劑大幅度降低了添加量，解決了過多燒結(jié)助劑引入(如Bi203-V205、BaO-B203-Si02等)而降低MgTi03陶瓷介電性能的問題。通過添加適當(dāng)CaTi03，構(gòu)成(CA0.06Mg0.94)Ti03陶瓷，加入6wt﹪CBV助劑，在900℃燒

4、結(jié)4h，獲得介電性能：εr=20.5，Qf=16500GHz，τf=一3.2ppm／℃的LTCC微波介質(zhì)(Ca，Mg)Ti03陶瓷。 (二)以Ti(OC4H9)4、低成本無機(jī)鹽【Mg(N03)2.6H20和Ca(N03)>4H20]為先驅(qū)體，采用溶膠凝膠技術(shù)路線，制備納米MgTiO3和CaTi03陶瓷粉體。研究表明：①溶液組分濃度、PH值和溫度以及組分加入次序直接關(guān)聯(lián)著n(0C4H9)4水解聚合速度，從而影響溶膠．凝膠狀態(tài)。通過

5、優(yōu)化，獲得了均勻透明MgTi03、caTi03凝膠的最佳工藝條件。②納米MgTi03、CaTi03粉體可在低溫條件下合成。干凝膠MgTi03、CaTi03各自在700、800℃煅燒1h，分別獲得粒徑20，60nm的粉體，合成溫度比固相法合成低300-400℃。③表面活性劑PEG可有效解決納米鈦酸鹽化合物團(tuán)聚現(xiàn)象。以納米MgTi03為例，小分子量PEG400以平面吸附在膠體表面、分散效果較差、仍存在團(tuán)聚。大分子量PEGl000以立體吸附為

6、主，能有效穩(wěn)定溶膠，獲得分散性好的納米MgTi03。此外，PEG吸附在固液界面上，使吸附層增厚，促使凝膠網(wǎng)絡(luò)聚合物的燃燒溫度和晶化溫度升高。納米微波介質(zhì)陶瓷粉體的制備，為新一代微型或微納片式多層微波器件研究奠定了材料基礎(chǔ)。 (三)研究了納米MgTi03和CaTi03陶瓷粉體燒結(jié)特性和介電性能，揭示了相關(guān)納米效應(yīng)。納米Mgn03、CaTi03粉體具有較大的比表面積和較高的表面活性，促使MgTi03、Can03陶瓷在1200℃低溫下

7、獲得致密均勻的單相結(jié)構(gòu)，比微米級(jí)粉體燒結(jié)降低約100-200℃，且具有較寬的燒結(jié)溫區(qū)。納米MgTi03燒結(jié)表明，由于較大的比表面能，促使低損耗介質(zhì)高溫相MgTi20s分解，避免了Mgn205相殘留在燒結(jié)體中而導(dǎo)致介電性能惡化問題。與微米級(jí)粉體燒結(jié)體的介電特性相比，納米粉燒結(jié)體具有更高的Qf值。納米MgTi03、CaTi03復(fù)合可獲得接近于零溫度系數(shù)的微波陶瓷。納米粉體這些優(yōu)良特性，為高質(zhì)量微波介質(zhì)陶瓷研究開辟了一條新思路。 (四

8、)以LTCC微波介質(zhì)(Ca，Mg)Ti03陶瓷為介質(zhì)層，低成本Ag為內(nèi)電極，構(gòu)建和制造小型片式多層巴倫、天線。研究表明：①(ca，Mg)Ti03陶瓷通過料漿組分配比、流延工藝優(yōu)化，獲得表面光潔、顆粒分散均勻、無團(tuán)聚的流延薄膜，較好地滿足了后道工序的要求。陶瓷與Ag電極具有良好的界面結(jié)合狀態(tài)，相互間無界面反應(yīng)及擴(kuò)散現(xiàn)象。LTcc微波介質(zhì)(Ca，Mg)n03陶瓷具有良好的工藝兼容性，是片式多層微波器件的理想材料。②以LTCC微波介質(zhì)(Ca，