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随着无线通信技术在电路基板、共振器、滤波器和全球定位系统(GPS)中的广泛应用和快速发展,研究和开发低烧结温度高性能的微波介质陶瓷材料已经成为当前研究方向中的热点。硅酸镁(Mg2Si04)陶瓷和钛酸镁锂(Li2Mg3Ti06)陶瓷因具有较高的品质因数,低的介电常数引起了人们的广泛关注,希望通过对其烧结特性和微波介电性能的有效调控,制备出新一代高Q值的LTCC微波介质陶瓷材料。本文以Mg2Si04陶瓷和Li2Mg3Ti06陶瓷为研究对象,采用传统的固相反应法,通过离子取代、添加烧结助剂和两相复合来调节陶瓷材料的烧结特性和微波介电性能。系统地研究了不同组分陶瓷样品的烧结性能、相结构、微观形貌和介电性能,并分析了烧结温度对陶瓷样品的影响。具体研究内容和结果如下所示:(1)采用传统固相反应法,利用Li+离子和Bi3+离子共同取代Mg2+离子制备出了[Mg1-x(Li0.5Bi0.5)x]2SiO4(MLBS,0 ≤ x ≤ 0.06)陶瓷,研究了 Li+离子和 Bi3+离子共同取代对Mg2Si04陶瓷的烧结性能及微波介电性能的影响。当0 ≤ x ≤ 0.06时,Mg2Si04陶瓷的烧结温度从1540℃降低到1230～1430℃,并且在这一烧结温区内,得到了密度和微波介电性能都较为稳定的硅酸镁陶瓷。与此同时,随着烧结温度的升高和取代量的增加,陶瓷的平均晶粒尺寸明显增大。在1350℃烧结的[Mg0.98(Lio.5Bio.5)o.02]2SiO4陶瓷拥有最佳的微波介电性能:εr= 7.4,Q×f= 70,000 GHz,τf=-57 ppm/℃。(2)为了进一步降低[Mg0.98(Li0.5Bi0.5)0.02]2SiO4陶瓷的烧结温度和调节该陶瓷的谐振频率温度系数近零,采用固相反应法制备了(1-y)Mg0.98(Li0.5Bi0.5)0.02]2SiO4-y Ca0.8Sm0.4/3Ti03-4.0 wt%LiF((1-y)MLBS2-yCST(0.05≤y≤0.2)复合陶瓷。LiF的添加有效的将MLBS2陶瓷的烧结温度从1350℃降低到850～950℃,主要是由于LiF(845℃)作为助烧剂在烧结过程中形成液相,促进了物质的传输;此外,也与F+离子进入晶格置换了 02-离子,活化晶格,促进物质扩散有关。随着CST添加量的增大,复合陶瓷的相对介电常数(εr)提高,品质因数(Q×f)切降低,谐振频率温度系数(τf)从负值增大到近零的值。875℃ 烧结的0.85[Mg0.98(Li0.5Bi0.5)0.02]2SiO4-0.15Ca0.8Sm0.4/3TiO3-4.0 wt%LiF 复合陶瓷具有良好的微波介电性能:εr=11.9,Q×f = 12,300 GHz,τf = 4.9 ppm/℃。0.85MLBS2-0.15CST-4.0 wt%LiF陶瓷粉在875℃与Ag粉共烧4 h,得到的陶瓷样品进行XRD、SEM和EDS测试,结果发现该陶瓷与Ag粉没有发生化学反应,说明该陶瓷材料可用于LTCC技术。(3)利用固相反应法制备Li2Mg3TiO6-x wt%CaF2(2≤x≤8)陶瓷。实验结果表明,CaF2的添加不但能把Li2Mg3TiO6陶瓷的烧结温度从1280℃降低至900℃,而且可以把Li2Mg3TiO6陶瓷的谐振频率温度系数从-39 ppm/℃调节到+1.5 ppm/℃。原因在于该陶瓷在烧结过程中反应生成了低熔点的0.8LiF-0.2CaF2(770℃)液相和具有正的谐振频率温度系数的CaTiO3。XRD、SEM和微波介电性能等测试结果显示,晶粒尺寸是影响Li2Mg3Ti06-x wt%CaF2(2≤x≤8)陶瓷品质因数(Q×f)的主要因素。Li2Mg3TiO6-6 wt%CaF2陶瓷在1200℃烧结时微波介电性能最佳:εr=17.2,Q ×f= 76,800 GHz,τf= 1.5 ppm/℃。(4)采用传统固相反应法制备 Li2(1+x)Mg3TiO6(x =-0.04,0,0.04,0.08,0.12)陶瓷,目的是探究不同Li含量对钛酸镁锂陶瓷微波介电性能的影响。XRD物相分析表明从缺锂到富锂都能够得到纯相的钛酸镁锂陶瓷。SEM测试显示,陶瓷样品表面有明显的气孔存在,这可能与高温下Li元素的挥发有关;此外,随着Li含量的增加,陶瓷的晶粒尺寸有所增大,晶界也越发清晰。从陶瓷的微波介电性能测试结果发现,此陶瓷样品的相对介电常数(εr)和品质因数(Q×f)随温度的变化规律与密度随温度的变化规律一致。x = 0.04组分的陶瓷样品在烧结温度为1300℃时性能最好:=15.4,Q ×f= 150,000 GHz,τf=-40 ppm/℃。