Li3Mg2NbO6系微波介质陶瓷的低温烧结及介电性能的研究

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移动无线通信系统的高速发展对微波器件的小型化提出了很高的要求。近年来,低温陶瓷共烧技术的发展越来越受到广大科研工作者的关注。它使用高电导率的金属电极,比如银和陶瓷共烧以实现电子器件的小型化。然而大多数微波介质陶瓷的烧结温度都要比银(Ag)的熔点(961°C)要高,不能与银电极共烧。因此降低微波介质陶瓷的烧结温度使其可以与银电极共烧对于微波器件的小型化至关重要。  本研究探讨了工艺参数对Li3Mg2NbO6陶瓷物相组成、微观形貌和微波介电性能的影响,例如:预烧温度、二次球磨时间和烧结温度。Li3Mg2NbO6陶瓷的烧结温度一般为1250°C,远高于961°C。为实现低温烧结,首先采用1.0wt%LBS降低烧结温度,然后在此基础上研究工艺参数对 Li3Mg2NbO6系陶瓷介电性能的影响,通过优化工艺参数,确定预烧温度为1050°C,二次球磨时间为4h,烧结温度为875°C是该体系陶瓷的最佳制备工艺。为了实现低温烧结和优异的微波介电性能,本文系统的研究了不同烧结助剂(LBS、MBS、ZBS、B2O3)及其不同添加量对 Li3Mg2NbO6系陶瓷低温烧结和微波介电性能的影响。研究结果表明,当添加1.0wt%的LBS时,Li3Mg2NbO6系陶瓷在烧结温度为875°C时能实现致密烧结,并获得了优异的微波介电性能:εr=14.89,Q×f=86,720 GHz,τf=-15.46 ppm/°C;当添加0.5wt%的 MBS时, Li3Mg2NbO6系陶瓷在烧结温度为925°C时能实现致密烧结,并获得了优异的微波介电性能:εr=14.5,Q×f=80,759 GHz,τf=-20.7 ppm/°C;当添加0.5wt%的ZBS时,Li3Mg2NbO6系陶瓷在烧结温度为925°C时能实现致密烧结,并获得了优异的微波介电性能:εr=14.3,Q×f=73,987 GHz,τf=-16.5ppm/°C;当添加0.1wt%的B2O3时,Li3Mg2NbO6系陶瓷在烧结温度为925°C时能实现致密烧结,并获得了优异的微波介电性能:εr=14.0,Q×f=67,451 GHz,τf=-16.82 ppm/°C。为了进一步提高Li3Mg2NbO6系陶瓷的微波介电性能,研究了不同二价离子(A=Ca2+, Ni2+, Zn2+, Mn2+)对Li3Mg2NbO6陶瓷的Mg2+置换改性,并研究其结构和微波介电性能,其中Li3(Mg0.95Ca0.05)2NbO6在1140°C烧结4h可获得极好的微波介电性能:εr=15.6,Q×f=96,160GHz,τf=-18.49ppm/°C。
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