Li2MgTi3O8微波介质陶瓷的低温烧结及介电性能研究

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近年来,微波技术迅猛发展,而应用于无线通讯系统中的基板、天线、谐振器及滤波器等都离不开微波介质材料的不断发展,高品质低成本的微波介质材料成为研究重点。本论文以尖晶石结构的Li2MgTi3O8微波介质陶瓷为研究对象,采用传统的固相合成法制备,并对其进行XRD、SEM测试分析,探讨了体积密度、显微结构对于介电性能的影响。首先,本文研究了Li2MgTi3O8微波介质陶瓷的制备工艺,分别讨论了合成温度、球磨时间、烧结温度对Li2MgTi3O8陶瓷的相结构、烧结性能及介电性能o的影响。研究表明,合成温度为900C,二次球磨时间为12h,烧结温度为1075oC,试样的体积密度ρ=3.335g/cm3,达到理论密度的95.25%,低频介电性能为εr=31.17,tanδ=9.87×10-4,微波介电性能为εr=27.3,Q×f=38867GHz。其次,通过对Li2MgTi3O8陶瓷添加助烧剂BCB来降低烧结温度,并研究对其烧结性能和介电性能的影响。BCB的添加量为1.0%的Li2MgTi3O8陶瓷,在950oC烧结保温4h,试样的体积密度ρ为3.16g/cm3,相对密度达到91.3%,同时可得到较好的微波介电性能:εr=26.1,Q×f=24827GHz。助烧剂BCB可降低陶瓷烧结温度的机理为液相烧结。最后,依据A2子半径大小,选择了Zn2+,Co2+,Mn2+位的离来掺杂取代Li2MgTi3O8中的Mg2+离子,制备出Li2Mg1-xMxTi3O8(M=Zn,Co,Mn),x=0.020.08的微波介质陶瓷,并研究了掺杂对Li2MgTi3O8陶瓷体系的相结构、烧结性能以及介电性能所产生的影响。XRD结果显示,掺杂ZnO、Co2O3、MnO2都不会影响Li2MgTi3O8主晶相的形成,也没有第二相的生成。随着Zn掺入量的增加,陶瓷的晶粒生长更加充分,晶粒尺寸增大,分布均匀。当掺杂量x=0.06时,试样可在1075oC达到致密化,体积密度达到3.360g/cm3,是理论密度的95.8%,也具有良好的微波介电性能:εr=26.58,Q×f=44800GHz2+。Co掺杂取代Mg+有助于陶瓷试样显微结构的致密化,晶粒生长发育良好。当Co掺杂量x=0.06时,试样具有较好的微波介电性能:εr=26.6,Q×f=42500GHz。掺杂MnO2会减小晶粒的尺寸,当掺杂量x=0.06o时,试样可在1075C达到致密化,体积密度达到3.351g/cm3,是理论密度的95.1%,也具有良好的微波介电性能:εr=25.8,Q×f=36800GHz。
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