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ba5nb4o15系LTCC材料制备与性能研究

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Ba5Nb4O15系LTCC材料制备与性能研究

作者：周星电子科技大学

学位级别：硕士

在微波通信技术飞速进步的大背景下,器件小型化、多功能化和高集成度的趋势推动了新型材料的发展,同时也加速了低温共烧陶瓷(LTCC)技术的发展。LTCC材料烧结温度通常低于960℃,材料具有与应用场景相匹配的介电常数、较高的品质因数和近... 详细信息

在微波通信技术飞速进步的大背景下,器件小型化、多功能化和高集成度的趋势推动了新型材料的发展,同时也加速了低温共烧陶瓷(LTCC)技术的发展。LTCC材料烧结温度通常低于960℃,材料具有与应用场景相匹配的介电常数、较高的品质因数和近零的频率温度系数。探索低温烧结条件下具有优良性能的电介质材料成为一项迫切的课题。本论文的研究主要围绕以下两大方向展开:(1)探索中等介电常数(20≤ε≤80)的低温共烧陶瓷;(2)探索频率温度系数(τ)近零的低温共烧陶瓷。本文以banbo陶瓷为研究对象,通过掺杂、复合等手段,成功的降低了该陶瓷体系的成瓷温度(≤950℃)。在陶瓷-玻璃体系的基础上,实现该体系频率温度系数近零的调节,并获得满足微波集成电路需求的性能(ε～40,Q×f≥8000GHz,τ～±5ppm/℃)。具体研究内容如下:1.采用固相烧结合成法制备了banbo陶瓷。通过XRD分析在不同预烧温度保温4小时的banbo粉体,800℃～1100℃下均没有第二相产生,随后与banbo标准峰对照及对峰强的对比,确定了banbo陶瓷的最佳预烧温度为900℃。随后在1340℃～1400℃下烧结,综合形貌和性能分析,在1380℃下保温3小时的banbo陶瓷获得最佳微波介电性能:ε=40.2、Q×f=29418GHz、τ=79.8ppm/℃。2.为降低banbo陶瓷的烧结温度,本文拟采用多种自制的玻璃Lio-Bo-Sio-Alo-Ca o(G1)、Mg o-Alo-Bo-Sio-Tio(G2)、bao-Zno-Bo(G3)、Cao-Bo-Sio(G4)、Bo-Sio(BS)作为烧结助剂。其原理是低熔点玻璃在温度升高时形成塑性流体占据晶粒空隙,使陶瓷形成致密结构,提升其介电性能。结果表明,添加G1～G4玻璃可以将banbo陶瓷的烧结温度降低至950℃左右,但由于这些玻璃介电损耗较高,使得banbo陶瓷的品质因数大幅度降低,这限制了这些体系进一步的应用。在BS玻璃的帮助下,banbo陶瓷的烧结温度从1380℃降低至925℃。陶瓷结构致密并且没有第二相生成。掺杂0.6wt.%BS的banbo陶瓷在925℃下保温4小时可获得优异的性能:ε=41.2、Q×f=22238GHz、τ=53.1ppm/℃。3.本章在上一章得到的低温烧结陶瓷体系banbo-0.6wt.%BS的基础上,尝试用化合物-玻璃复合掺杂以改善体系的性能。掺杂的化合物有:Wo、CaCo、Bo、Cuo。结果表明掺杂Bo会提升性能,在950℃烧结3小时获得的品质因数为29756GHz。CaCo会在高温下分解产生二氧化碳,在内部形成不均匀的空腔,使之无法形成致密结构。Cuo中的Cu在烧结过程中进入晶格,陶瓷中的缺陷增多,在925℃得到最佳性能:ε=38.6、Q×f=25734GHz。Wo使陶瓷的晶粒异常生长,恶化了微波性能,品质因数不断降低并且陶瓷并未成瓷。4.本章通过添加具有负τ的Linbo以调节陶瓷体系banbo-0.6wt.%BS的频率温度系数。通过实验发现,Linbo可以有效调节该体系的频率温度系数,并且其结果符合对数法则。但是Linbo会引入杂相Libanbo,恶化陶瓷的品质因数。过多的添加量会导致陶瓷无法成瓷,致密性差。当添加40%的Linbo时,0.6 banbo+0.4 Linbo+0.6 wt.%BS陶瓷体系在950℃下烧结3小时可获得期望的介电性能:ε=35.4、Q×f=8637GHz、τ=4.3ppm/℃。

关键词： ba5nb4o15 LTCC 低温烧结烧结助剂微波介电性能

微波介质陶瓷ba5nb4o15的低温烧结和MCT凝胶注模成型的工艺研究

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微波介质陶瓷Ba5Nb4O15的低温烧结和MCT凝胶注模成型的工艺研究

作者：张冲厦门大学

学位级别：硕士

本论文采用传统的固相法低温制备banbo陶瓷,研究了烧结助剂、B位离子取代和工艺因素对陶瓷结构与介电性能的影响,并对陶瓷介电机理进行初步的探讨,还应用凝胶注模成型工艺制作了MCT陶瓷微波器件。分别采用Bo、LiF和Bo-Bio添加对banbo... 详细信息

本论文采用传统的固相法低温制备banbo陶瓷,研究了烧结助剂、B位离子取代和工艺因素对陶瓷结构与介电性能的影响,并对陶瓷介电机理进行初步的探讨,还应用凝胶注模成型工艺制作了MCT陶瓷微波器件。分别采用Bo、LiF和Bo-Bio添加对banbo陶瓷进行低温烧结,并对低温烧结行为、显微结构以及微波介电性能进行研究。实验发现少量Bo、LiF添加可有效降低banbo陶瓷的烧结温度至920℃左右;而Bo-Bio联合添加则随Bio加入量的增加烧结温度先略有降低后升高;三种助剂均可在一定程度上改善banbo陶瓷的谐振频率温度系数(τf),同时也降低陶瓷的Q×f值。对于H3Bo3添加banbo陶瓷,分别研究V和Sb取代B位nb的结构与性能的影响。实验结果表明少量V、Sb取代的banbo陶瓷基本可以在900℃左右烧结成瓷,并能有效调节banbo陶瓷的τf值,其中Sb取代可以调节banbo陶瓷的τf值接近于零。banbo陶瓷的Q×f值随V取代nb量的增加先略有增加后下降;随Sb取代nb量的增加先由22,890GHz升高至34,630GHz而后又降低,其中配方为ba(nbSb)o (x=0.15)的陶瓷获得了较好的微波介电性能。为了进一步优化ba(nbSb)o (x=0.15)陶瓷微波介电性能,采用正交实验优化ba(nbSb)o (x=0.15)陶瓷的H3Bo3加入量和部分制备工艺参数,加入0.8wt% HBo获得了最佳微波介电性能:ε=30.02,Q×f=15,780GHz,τ =10ppm/℃,并能与Ag电极有较好的共烧相容性。利用凝胶注模成型工艺,制作了复杂形状的微波陶瓷元器件,并对比干压成型与凝胶成型工艺对样品的微波介电性能的影响。此外,还成功制作实用化微波陶瓷片式天线。论文最后探讨banbo陶瓷的介电极化机理,得到调控微波陶瓷的电容率、谐振频率温度系数和介电损耗的一些经验。

关键词：微波介质陶瓷 ba5nb4o15 低温烧结介电性能凝胶注模成型

水热法制备ba_5nb_4o_（15）纳米粉体

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工业建筑 2012年第10期42卷 89-94页

作者：李苏春袁运涛江苏省纺织工业设计研究院有限公司江苏苏州215128

采用两步-水热法制备ba5nb4o15纳米粉体,研究矿化剂浓度、水热合成温度以及保温时间等因素对产物相组成的影响。利用X射线衍射分析样品相组成,通过Scherer公式计算所的粉体晶粒尺寸。X射线衍射结果表明,水热法合成ba5nb4o15单相的工艺... 详细信息

采用两步-水热法制备ba5nb4o15纳米粉体,研究矿化剂浓度、水热合成温度以及保温时间等因素对产物相组成的影响。利用X射线衍射分析样品相组成,通过Scherer公式计算所的粉体晶粒尺寸。X射线衍射结果表明,水热法合成ba5nb4o15单相的工艺条件为：ba∶nb=2∶1、碱浓度为2.0mol/L、水热反应240℃/48h,所得粉体晶粒尺寸约35nm。

关键词：水热法 ba5nb4o15 XRD

复合陶瓷(ba_(1-x)Sr_x)_5nb_4o_(15)-B_2o_3的结构和微波介电性能

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电子元件与材料 2018年第11期37卷 46-50页

作者：何茗成都工业学院电子工程学院四川成都610031

采用传统的固相烧结工艺制备了复合(ba_(1-x)Sr_x)_5nb_4o_(15)-B_2o_3微波介质陶瓷。研究了A位离子Sr^(2+)摩尔占有比率x(x=0,0. 2,0. 4,0. 8)对陶瓷的微观结构、烧结以及微波介电性能的影响。结果表明:在复合(ba_(1-x)Sr_x)_5nb_4o_(1... 详细信息

采用传统的固相烧结工艺制备了复合(ba_(1-x)Sr_x)_5nb_4o_(15)-B_2o_3微波介质陶瓷。研究了A位离子Sr^(2+)摩尔占有比率x(x=0,0. 2,0. 4,0. 8)对陶瓷的微观结构、烧结以及微波介电性能的影响。结果表明:在复合(ba_(1-x)Sr_x)_5nb_4o_(15)-B_2o_3微波介质陶瓷中,除主晶相ba_5nb_4o_(15)外,还出现了ba_4Srnb_4o_(15);相比未掺杂的ba_5nb_4o_(15)陶瓷的烧结温度1400℃而言,复合陶瓷(ba_(1-x)Sr_x)_5nb_4o_(15)-B_2o_3的烧结温度降低500℃左右,且没有显著损害该陶瓷的微波介电性能;当B_2o_3掺杂质量分数为2. 0%,Sr^(2+)替代ba^(2+)的摩尔比率x=0. 4时,900℃烧结的(ba_(1-x)Sr_x)_5nb_4o_(15)-B_2o_3复合陶瓷具有良好的微波介电性能:εr=48. 4,Q×f=45895 GHz,τf=35. 5×10^(-6)/℃。

关键词： (ba1-xSrx)5nb4o15-B2o3 复合陶瓷微观结构烧结微波介电性能 ba5nb4o15

H_3Bo_3掺杂的ba_5nb_4o_(15)陶瓷的烧结及介电性能

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电子元件与材料 2013年第8期32卷 42-44,52页

作者：何茗成都工业学院通信工程系四川成都610031

采用传统的固相烧结工艺制备了H3Bo3掺杂的ba5nb4o15陶瓷。研究了H3Bo3掺杂量对ba5nb4o15陶瓷的相成分、微观结构、烧结以及微波介电性能的影响。结果表明:H3Bo3掺杂的ba5nb4o15陶瓷中,除主晶相ba5nb4o15相外,还生成了banb2o6和baB2o4相... 详细信息

采用传统的固相烧结工艺制备了H3Bo3掺杂的ba5nb4o15陶瓷。研究了H3Bo3掺杂量对ba5nb4o15陶瓷的相成分、微观结构、烧结以及微波介电性能的影响。结果表明:H3Bo3掺杂的ba5nb4o15陶瓷中,除主晶相ba5nb4o15相外,还生成了banb2o6和baB2o4相;H3Bo3能够将ba5nb4o15陶瓷的烧结温度降低500℃左右,同时没有显著损害该陶瓷的微波介电性能;当H3Bo3掺杂量为质量分数1%时,900℃烧结的ba5nb4o15陶瓷具有良好的微波介电性能:εr=38.8,Q×f=48 446 GHz,τf=37.0×10–6/℃。

关键词： H3Bo3 ba5nb4o15 微波介电性能烧结陶瓷掺杂

水热法制备ba_5nb_4o_(15)纳米粉体

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西安邮电学院学报 2012年第5期17卷 89-91,107页

作者：马红吴凡郑婷婷杜坤郭峰西安邮电大学理学院陕西西安710121

采用两步-水热法制备ba5nb4o15纳米粉体,研究矿化剂浓度、水热合成温度以及保温时间等因素对产物相组成的影响。利用X射线衍射分析样品相组成,通过Scherer公式计算所的粉体晶粒尺寸。X射线衍射结果表明,水热法合成ba5nb4o15单相的工艺条件为:ba∶nb=2∶1、碱浓度为2.0mol/L、水热反应240℃/48h,所得粉体晶粒尺寸约35nm。

关键词：水热法 ba5nb4o15 XRD

B′缺位下B″位非化学计量比对BCZN陶瓷性能的影响

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功能材料 2012年第B11期43卷 193-196,201页

作者：张晓唐斌杨成韬张树人电子科技大学电子薄膜与集成器件重点实验室四川成都610054

通过固相烧结方法,研究了B″位原子非化学计量比对ba(Co0.56Y0.04Zn0.35)1/3nb2/3+xo3-δ(x=-0.004～0.008)体系陶瓷晶体结构及微波介电性能的影响。XRD分析发现陶瓷主晶相为ba(Zn0.33nb0.67)o3、ba3Conb2o9(BCZN晶相),当x为0.008时具有ba5nb4o15第二相。随着x值的增加,在-0.004≤x≤0.004小幅度变化时陶瓷第二相较少,陶瓷介电常数εr逐渐减小,陶瓷的Q×f值从51631GHz逐渐上升到76469GHz;当x进一步增大至x=0.008时,Q×f值减小到61688GHz。当x=0.004时,BCZN体系陶瓷具有较高的微波介电性能,εr=34.8,Q×f=76469GHz,τf≈2.6×10-6/℃。

关键词： BCZN ba/nb比微波介质陶瓷 ba5nb4o15