(K2O-Al2O3-SiO2)系低介电陶瓷的性能研究

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本文以K2O-Al2O3-SiO2(简称KAS)为基础体系,通过选用氧化物B2O3、ZnO、MgO、CaO、Li2O、MoO3来对KAS进行改性,并研究掺杂氧化物对K2O-Al2O3-SiO2(KAS)烧结温度、微观结构及微波介电性能的影响,探讨其进一步用于LTCC工艺的科学依据,研究的主要内容包括以下几个方面:1、不掺杂的KAS体系的烧结温度较高,随着烧结温度的增加,观察其形貌特征发现,微晶态在减少,不定形态增加,即微晶相呈减少趋势,玻璃态呈增加趋势。但其介电常数最小的烧结温度为1370℃,介电常数为5.311(1MHz),介电损耗为5.1×10-3(1MHz)。2、采用B2O3对KAS进行掺杂,B2O3使KAS烧结温度降低至1150℃,随着B2O3掺杂量的增大,烧结密度、介电常数和介电损耗大致是减少的趋势。掺杂B2O3有助于KAS体系晶相Quartz SiO2的形成,且随着掺杂量的增大,微晶相在增大。掺杂5(wt)%B2O3的KAS体系性能较优,其最小介电常数为5.45655(1MHz),最低介电损耗为0.00786(1MHz)。3、选用5(wt)%B2O3分别与ZnO、MgO、CaO共掺KAS,结果显示,B2O3、ZnO共掺,在1180℃烧结温度下,KAS体系陶瓷样品的介电常数随着ZnO掺杂量的增加先增大后减小,介电损耗随着ZnO掺杂量的增加先减小后增大,BZ1陶瓷的介电常数最小为5.41943,BZ3陶瓷的介电损耗最小为0.0058。固定5%B2O3添加MgO,使KAS体系密度随着烧结温度的增大而增加,并有效地降低了烧结温度。烧结温度为1220℃,掺杂3(wt)%MgO的BM3样品的介电常数最小为5.181,BM3样品的介电损耗也最小为0.0056。固定5%B2O3添加CaO,CaO掺杂量为3%的BC陶瓷样品的介电常数最小为5.498(损耗为0.0074),CaO掺杂量为4%的BC陶瓷样品的介电常数最大为5.808而介电损耗最小为0.00474。4、选用Li2O为掺杂烧结助剂添加入KAS,结果表明,Li2O添加量1%、2%的KAS体系的致密化烧结温度为1120℃,介电常数为6.446、6.687,Li2O添加量3%、4%的KAS体系的致密化烧结温度为1200℃,介电常数为,6.580,6.465。添加少量的Li2O更能使KAS体系的烧结温度降低,且饱和烧结密度更大。5、选用MoO3为掺杂烧结助剂添加入KAS,结果表明,随着MoO3添加量的增大,由于Mo6+场强大,KAS体系析出晶相Quartz SiO2固溶体越多。添加少量的MoO3更能使KAS体系的烧结温度降低,样品横向收缩率大,且饱和烧结密度更大。KAS体系随着MoO3添加量的增大,介电常数减小,M4样品介电常数最小为5.19379。
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