低介低温烧结微波介质陶瓷的结构与性能研究

作     者：范广超 

作者单位：桂林理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周焕福

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：微波介质陶瓷 低温烧结 锂基陶瓷 MgO-B2O3系列陶瓷 器件应用 

摘      要：微波介质陶瓷需要有合适的介电常数(ε)、较高的品质因素(Q×f)以及较低的谐振频率温度系数(τ)。为了满足LTCC(低温共烧陶瓷)技术,使元器件尺寸更小、集成化程度更高,微波介质陶瓷也需要可以与低熔点的电极(Ag等)共烧。本文分别用去离子水和酒精作为球磨介质,采用传统的固相反应法制备了BCB低温共烧微波介质陶瓷,在此基础上制备了LiMgSiO-BCB、MgBO-BCB等新型低温烧结微波介质陶瓷。(1)对比研究了不同球磨介质(无水乙醇和去离子水)对BaCu(BO)陶瓷物相转变、显微结构、烧结密度及微波介电性能的影响。结果表明:以无水乙醇和去离子水为球磨介质在800°C40°C均可合成单一相的BaCu(BO)陶瓷粉体,,且陶瓷的最佳烧结温度变化不大。总的来说,以无水乙醇为球磨介质合成的BaCu(BO)陶瓷,在830°C时获得最佳性能:ε=6.8,Q×f=15827.5GHz,τ=-60.2 ppm/°C;用去离子水为球磨介质合成的BaCu(BO)陶瓷,在820°C时获得最佳性能:ε=6.8,Q×f=16650.0GHz,τ=-58.4 ppm/°C。(2)通过固相反应法制备了LiMgSiO低介电微波介质陶瓷,当烧结温度为1225°C时,LiMgSiO具有最佳性能:ε=5.9,Q×f=21884.9GHz,τ=-180 ppm/°C。通过添加一定量的BCB对LiMgSiO陶瓷进行降温。并对其物相转变、显微结构、烧结密度及微波介电性能进行了研究。结果表明,LiMgSiO+xwt%BCB(x=1,2,3,4)陶瓷均为是LiMgSiO相,没有第二相的出现。当BCB的添加量为3wt%时,LiMgSiO陶瓷在925°C烧结获得最佳的综合性能:Q×f=30069.9GHz,ε=5.99,τ=-179ppm/°C。(3)采用传统的固相反应法,以MgO:HBO=1:2的配比可以合成MgBO陶瓷样品,系统研究了该陶瓷的相结构、微观结构、原子占位、烧结特性及微波介电性能。结果表明,陶瓷为单一的MgBO相,1100°C烧结的MgBO陶瓷表现出最佳的微波介电性能:Q×f=41,930GHz,ε=5.83,τ=-62ppm/°C。(4)采用传统的固相反应法,以MgO:HBO=1:1的配比成功制备了MgBO陶瓷,1250°C烧结的MgBO陶瓷表现出最佳的微波介电性能:Q×f=41,930GHz,ε=5.83,τ=-62ppm/°C。通过添加一定量的BCB对MgBO陶瓷进行降温,对其相结构、微观结构及微波介电性能进行了研究。结果表明,添加BCB后,陶瓷试样中均为MgBO和MgBO的混合相。衍射峰的强度基本一致,并不随着BCB添加量的变化而变化。通过添加CaTiO对其温度系数进行调节,最终在10wt%BCB的添加量和一定量的CaTiO时,陶瓷在900°C烧结时获得的综合性能最好:Q×f=16596.97 GHz,ε=7.432,τ=-30 ppm/°C。(5)开展了BaCu(BO)低介电常数LTCC微波介质陶瓷的应用探索,设计制备了新型滤波器。BCB的抗弯强度较低,制作成器件后损耗增加,下一步工作是提高其抗弯强度,降低损耗。