论文部分内容阅读
微波器件的小型化、低损耗及片式化发展趋势和新型相控阵雷达的设计要求微波介质材料的介电常数和温度系数能够系列化。LTCC技术是当前研究的热点,其要求材料能在920℃以下的温度烧结成致密、无气孔的显微结构。本论文根据应用需求,在广泛调研的基础上,选择具有良好品质因子的La(Mg0.5Ti0.5)O3陶瓷作为研究对象,探索通过引入不同系统玻璃以及形成共溶体等方法来降低La(M90.5Ti0.5)O3陶瓷的烧结温度,调节谐振频率温度系数等,从而来研制介电常数系列化以及能满足LTCC技术要求的微波介质材料。探索揭示材料组成与微波介电性能的关系,研究得到了一些新的结果和具有实用价值的新材料。
本论文首先选取具有钙钛矿结构的La2/3TiO3来调节La(Mg0.5Ti0.5)O3陶瓷的谐振频率温度系数。研究了不同的制备方法对材料的微波介电性能的影响,研究发现通过两步法可以制备(1-x)La2/3TiO3-xLa(M90.5Ti0.5)O3固溶体陶瓷,在材料的介电常数和谐振频率温度系数方面具有可调性。样品在烧结过程中产生了氧空位,氧空位的存在严重恶化了样品的Qx值,通过退火和施主受主掺杂可以降低样品的氧空位浓度,从而提高样品的QXf疽。
为了降低La(Mg0.5Ti0.5)03陶瓷的谐振频率温度系数和烧结温度,选取B2O3-La2O3-TiO2(BLT)、B2O3-BaO-TiO2(BBT)、B2O3-La2O3-MgO-TiO2( BLMT)和B2O3-La2O3-MgO(BLM)系玻璃与La(Mg0.5Ti0.5)O3陶瓷进行烧结研究。
研究了BLT和BBT玻璃对La(M90.5Ti0.5)O3陶瓷的烧结性能、晶相组成及微波介电性能的影响。结果表明,BLT和BBT玻璃的引入能有效地降低La(M90.5Ti0.5)O3陶瓷的烧结温度,掺BLT玻璃和BBT玻璃可使La(M90.5Ti0.5)O3陶瓷样品的烧结温度分别降至为1200℃和1150℃。BLT玻璃与La(Mg0.5Ti0.5)O3陶瓷未发生化学反应,随玻璃添加量增加,样品的介电常数和品质因子下降,而谐振频率温度系数增加,掺30wt%BLT玻璃的样品在1200℃烧结下的介电常数为25.4,品质因数为13240GHz,谐振频率温度系数为-54.4 ppm/℃。引入BBT玻璃后发现,该玻璃与陶瓷之间的发生了化学反应,生成了新相LaBO3,同时XRD研究表明BBT玻璃中的Ba2+进入了La(M90.5Ti0.5)O3相的晶格中,晶胞常数发生位移,其结果是不仅样品的介电常数不降反增,而且样品的谐振频率温度系数降至零附近。在1150℃烧结下掺30wt%BBT玻璃的样品的介电常数为29.5,品质因数为11200GHz,谐振频率温度系数为6.3 ppm/℃。以上的研究结果未见过相关文献报导,这为研制新的系列化微波介质材料提供了一条新的途径。
在低温共烧方面,分别研究了BLT、BLMT和BLM系玻璃与La(M90.5Ti0.5)O3陶瓷低温共烧性能、晶相组成、微观结构及微波介电性能的关系。结果表明,在烧结过程中BLMT玻璃和BLM玻璃与La(M90.5Ti0.5)O3陶瓷粉体发生化学反应,反应生成了LaBO3相,这成为材料中的主晶相。LaBO3相含量、残余玻璃相和材料中的气孔率对低温共烧材料的介电性能起决定性影响。相对于La(M90.STi0.5)O3-BLT和La(M90.5Ti0.5)O3-BLMT玻璃陶瓷,在La(M90.STi0.5)O3-BLM玻璃陶瓷中,样品中的TiO2相含量较小,其谐振频率温度系数较低,因此,可以通过调节玻璃组成可使样品的谐振频率温度系数降至零附近。论文制备了具有优异微波介电性能和实际应用前景的低温共烧介质陶瓷,如样品50wt%La(M90.5Ti0.5)O3-50wt%BLM(BLM50)在900℃温度下烧结的微波介电性能为:εr=11.7; Qxf=18500 GHz;τf=12.4 ppm/℃。BLT、BLMT和BLM系玻璃与La(M90.5Ti0.5)O3陶瓷共烧可制备介电常数11~14的新材料,目前关于这一介电常数范围的材料研究非常少。
此外,首次选用EDTA和柠檬酸作复合络合剂的燃烧法,可在600℃的低温下可获得高温相La(Mg0.5Ti0.5)O3粉体,比普通固相反应法的合成温度低800℃左右,合成的粉体粒径约为45nm。合成的La(Mg0.5Ti0.5)O3粉体可在1450℃下烧结,比普通固相反应法的烧结温度低200℃左右。