低温共烧陶瓷CaO-B2O3-SiO2的组成、结构与性能的研究

来源 :华东理工大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:web198702
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电子信息技术的发展增大了对性能优良、烧结温度低的基板材料的需求,也引起了人们对低温共烧陶瓷(LTCC)的关注。CaO-B203-SiO2(CBS)具有烧结温度低、介电常数小、介质损耗小、与硅片热膨胀系数接近等优点,是理想的基板材料,成为研究的热点。本文使用固相反应法制备CBS混合粉体,再通过常压烧结制备CBS陶瓷。本文通过文献查阅和相图分析,初步确定CBS陶瓷的组成范围,分别设计了不同B2O3含量、Ca/Si比值、添加剂ZnO、Zr02含量等四个系列共十六个CBS组成配方,在900~1000℃温度范围内烧结2 h,并再通过DSC、XRD、SEM、红外光谱、宽频介电谱仪等测试方法重点研究了 B203含量、Ca/Si比值以及添加剂对CBS的结构和性能的影响,从中得到一定的规律,并获得相应条件下CBS的最优配方。研究结果表明:B203作为低熔点氧化物,能够降低CBS陶瓷中液相出现的温度,促进CBS陶瓷烧结。CaO和Si02是形成硅灰石的主要成分。适当的Ca/Si比值能够增加硅灰石的含量,改善CBS陶瓷的性能。ZnO可以和B203、Si02形成低熔点玻璃相,降低CBS陶瓷的烧结温度。而Zr02作为晶核剂,能够生成CaZr03,诱导硅灰石的生成。因此通过调整B203含量、Ca/Si比值、添加剂ZnO、ZrO2含量,能够获得烧结温度低、介电性能优良的CBS陶瓷。其中当B203含量为10wt%、Ca/Si质量比值为1时,CBS能够在975 烧结致密,体积密度为2.6784 g.cm-3,介电常数为5.97,介质损耗为2.2×10-3(1 MHz);而添加1wt%ZnO后,CBS的烧结温度降低,可以在950℃烧结,体积密度为2.7349g·cm-3,介电常数为5.20,介质损耗为3.1×10-3(1MHz);添加1.5wt%ZrO2后,CBS的烧结温度降低,且性能改善,可以在950℃烧结,体积密度为2.7760 g·cm-3,介电常数为5.62,介质损耗为1.8×10-3(1MHz)。
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