【摘 要】
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辉石结构陶瓷因其较低的原料价格、较低的介电常数及介电损耗成为近几年来可用于低温共烧技术领域的新型微波介电陶瓷体系。本文以辉石结构陶瓷中较典型的Ca Mg Si2O6和Ca Mg2Si3O9微波介质陶瓷作为研究对象,通过XRD、SEM、TEM、室温拉曼光谱、矢量网络分析仪等技术手段,系统地研究了烧结工艺、离子取代、第二相掺杂及添加低熔点烧结助剂对陶瓷的物相组成,显微组织及微波介电性能的影响。采用固相
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辉石结构陶瓷因其较低的原料价格、较低的介电常数及介电损耗成为近几年来可用于低温共烧技术领域的新型微波介电陶瓷体系。本文以辉石结构陶瓷中较典型的Ca Mg Si2O6和Ca Mg2Si3O9微波介质陶瓷作为研究对象,通过XRD、SEM、TEM、室温拉曼光谱、矢量网络分析仪等技术手段,系统地研究了烧结工艺、离子取代、第二相掺杂及添加低熔点烧结助剂对陶瓷的物相组成,显微组织及微波介电性能的影响。采用固相反应烧结法制备出Ca Mg Si2O6及Ca Mg2Si3O9陶瓷基体材料,系统的研究了主要烧结工艺参数对陶瓷的物相组成、显微组织及微波介电性能的影响。研究表明Ca Mg Si2O6陶瓷采用1150的预烧温度,在1275烧结并保温4h时表现出良好的微波介电性能:εr=7.45,Q×f=52638 GHz,τf=-45.2 ppm/。Ca Mg2Si3O9陶瓷在1150的预烧温度下在1250下烧结并保温4h后其微波介电性能良好具体为:εr=7.61,Q×f=41998 GHz,τf=-49.8 ppm/。研究了用Ba2+、Sr2+离子取代Ca Mg Si2O6中的Ca2+离子时对其结构和性能的影响。适量的Ba2+离子取代不会改变陶瓷的物相组成,当Ba2+离子取代超过0.2时,陶瓷的主晶相开始转变为Ba Mg2Si2O7。随着Ba2+离子取代量的增加,Ca1-xBaxMg Si2O6陶瓷的介电常数及质量因数均是先上升后下降,在x=0.12时取到最大值。Sr2+离子取代Ca Mg Si2O6陶瓷时,当Sr2+离子的取代量高于0.5时,陶瓷的主晶相开始发生变化。适量的Sr2+离子取代可以降低Ca Mg Si2O6陶瓷的致密化烧结温度。Ca1-xSrxMg Si2O6陶瓷的介电常数及质量因数随着Sr2+离子取代量的增加都是先增加后减小,在x=0.4时取到最值。研究了Sr2+离子取代Ca Mg2Si3O9陶瓷中的Ca2+离子位置时,Sr2+离子的取代量超过0.3时,陶瓷中出现Mg Si O3第二相。陶瓷的介电常数主要受到分子极化率和体积密度的影响,其质量因数主要与拉曼光谱中的v8峰的半峰宽有关。陶瓷的谐振频率温度系数随着Sr2+离子取代量的增加而逐渐向正值方向靠拢,其变化主要与化学键的键能相关。采用TiO2及Sr TiO3来调节Ca0.6Sr0.4Mg Si2O6陶瓷的τf值,进一步研究了TiO2和Sr TiO3的添加量对Ca0.6Sr0.4Mg Si2O6陶瓷的物相组成、显微组织及微波介电性能的影响。TiO2的添加虽然可以调节Ca0.6Sr0.4Mg Si2O6陶瓷的τf值近零,但陶瓷中会出现Mg Si O3第二相,对其微波介电性能影响较大。Sr TiO3的添加不仅可以使Ca0.6Sr0.4Mg Si2O6陶瓷的τf值近零,与此同时,适量的Sr TiO3的添加对陶瓷的微波介电性能影响不大。当Sr TiO3的添加量为0.04时,Ca0.6Sr0.4Mg Si2O6陶瓷具有较好的综合微波介电性能:εr=7.67,Q×f=71653 GHz,τf=+0.2 ppm/。添加4 wt%的Li F可以将陶瓷的烧结温度降低到875,0.96Ca0.6Sr0.4Mg Si2O6-0.04Sr TiO3+4wt%Li F在875下烧结4h具有较好的综合微波介电性能:εr=7.44,Q×f=42650 GHz,τf=-3.2ppm/。
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