BMT系微波介质陶瓷的制备及性能研究

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移动通讯技术的发展促使了5G时代的来临,这使得可以应用于微波通信系统中的微波介质陶瓷受到了广泛的研究。Ba(Mg1/3Ta2/3)O3(BMT)作为低介微波陶瓷的优秀代表被广泛应用于滤波器、谐振器等,然而其较高的烧结温度阻碍了其在诸多领域的应用。近年来LTCC材料也以优良的高频高Q微波特性、显著的高集成度、低成本等特征获得了众多专家学者的关注。本论文以Ba(Mg1/3Ta2/3)O3(BMT)系陶瓷为主要研究对象。通过先后对其进行两相复合,以复合后的基料进行B′位掺杂以及低熔点玻璃掺杂,成功制得了能够应用于LTCC技术领域的Ba(Mg1/3Ta2/3)O3(BMT)系陶瓷。主要研究内容包括:1.研究了Ba(Zn1/3Ta2/3)O3(BZT)与Ba(Mg1/3Ta2/3)O3(BMT)两相复合时陶瓷体系的烧结特性与介电性能的变化趋势。实验发现适量的Zn含量可以促进陶瓷烧结,降低烧结温度,提升介电性能。过量的Zn含量会致使体系在烧结过程由于Zn的挥发产生附加相,有序度下降,介电性能恶化。当两相复合比例为0.8BMT-0.2BZT时可在1600℃烧结6h获得最佳微波介电性能:εr=25.12,Qf=92322GHz,τf=7.63ppm/oC。2.研究了Ba(Zn1/3Nb2/3)O3(BZN)与Ba(Mg1/3Ta2/3)O3(BMT)两相复合时陶瓷体系的相组成、微观形貌、体密度以及微波介电性能变化规律。结果表明体系B′和B″发生了取代生成了新相Ba(Mg1/3Nb2/3)O3(BMN)和Ba(Zn1/3Ta2/3)O3(BZT),随着BMT比例的增加,体系有序度升高,最佳烧结温度升高,介电性能也相应得到了提升。3.研究了MnCO3掺杂对0.8BMT-0.2BZT陶瓷烧结温度和介电性能的变化趋势。结果表明适量MnCO3可使陶瓷体系致密的烧结温度降低;过量MnCO3将破坏陶瓷致密结构,造成Qf值恶化。4.研究了Y3+对0.8BMT-0.2BZT陶瓷的B′位的取代的相组成、微观相貌、烧结温度和介电性能变化规律。结果表明适量Y3+取代可以促进陶瓷烧结,使其烧结温度下降很多;过量的Y3+会对陶瓷致密性造成影响。当Y3+取代量为0.02mol时可获得最佳介电性能:εr=25.22,Qf=52376GHz,τf=4.88 ppm/oC。5.在已制得的性能优异的Ba{[(Mg0.8Zn0.2)0.98Y0.02]1/3Ta2/3}O3(BMZYT)陶瓷中,通过加入La2O3-B2O3-ZnO(LBZ)玻璃成功使其烧结温度下降到950℃以下。结果表明LBZ玻璃会在烧结过程中形成液相促进陶瓷致密化,但过量的LBZ玻璃会使晶粒异常长大,破坏致密结构。当LBZ掺杂量为3wt.%并在900℃保温6h可获得最佳介电性能:εr=22.59,Qf=11051GHz,τf=5.69ppm/oC。6.通过加入Li2O3-B2O3-SiO2(LBS)玻璃使BMZYT烧结温度降低到900℃左右并获得更加优异的微波介电性能。同样地,适量LBS玻璃也会在烧结过程中形成液相,促进陶瓷烧结,使其烧结温度降低;过量LBS玻璃将形成过多液相,促使晶粒长大,形成更多气孔,破坏其致密结构,恶化其介电性能。当LBS掺杂量为0.5wt.%可获得最佳的介电性能:εr=24.71,Qf=18870GHz,τf=4.27ppm/oC。
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