BaCu(B<,2>O<,5>)助烧多种微波介质陶瓷组织和性能的研究

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低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramics, LTCC)技术是近年来兴起的一种组件整合技术,该技术已经成为实现电路中各类微波器件集成化、微型化、模块化和低成本化的首选方式,被广泛应用于军事及民用通讯领域。微波介质陶瓷是LTCC技术的关键材料,是一种新型电子材料,可以作为滤波器、谐振器等核心微波元器件,具有广阔的市场前景。根据陶瓷-银电极共烧要求,本文的目的是通过选择不同的微波介质陶瓷体系,用BaCu(B2O5)作为助烧剂,来降低这些体系的烧结温度,达到与Cu、Ag共烧的目的,并初步探讨BCB掺入对体系结构、介电性能的影响及两者之间的关系。CaO-Li2O-Re2O3-TiO2(Re=Ln, Sm, Nd)体系具有正交钙钛矿结构,由于具有优异的微波介电性能而受到了广泛的关注。CaO-Li2O-Sm2O3-TiO2陶瓷在n(CaO:Li2O:Sm2O3:TiO2)=16.0:9.0:12.0:63.0时获得了较好的介电性能(Kr=110, Q·f=4500GHz, TCF=7×10-6/°C, 3GHz)。这个体系虽然具有高的介电常数,但是由于品质因数值低限制了它在高频下的实用。而在这个体系的基础上加入一部分BaO,当CaO-BaO-Li2O-Sm2O3-TiO2组成为14.0:4.0:8.0:12.0:63.0时,在1325°C的条件下,介电性能达到最好:Kr=95.5, Q·f=7580GHz, TCF=-6.9×10-6/°C, 3GHz。目前,ZnO-Nb2O5-TiO2体系被发现具有好的介电性能和低的烧结温度,当ZnO-Nb2O5-TiO2组成为2.5:2.5:5时,在1100°C烧结时表现出了良好的介电性能: Kr=58, Q·f=16300GHz, TCF=90×10-6/°C。1 .BCB助烧CBLST陶瓷BCB的加入未改变CBLST陶瓷的两相结构,可将陶瓷的烧结温度从1325°C降低为1100°C,相对密度达到97%。添加6wt%BCB的CBLST陶瓷具有相对较好的综合性能:Kr=87.76, tanδ=0.018, TCF =-4.27×10-6/°C(1MHz)。2 .BCB助烧ZNT陶瓷BCB的加入使ZNT陶瓷的两相结构的结晶度发生了相对改变,但没有改变陶瓷的主晶相,可使陶瓷的烧结温度从1100°C降低到900°C,且致密度高于纯片的致密度,添加3wt%BCB的ZNT陶瓷获得好的介电性能:Kr=48, Q·f=15258GHz, TCF=41×10-6/°C(5GHz),在研究陶瓷片与Ag电极共烧的过程中发现,陶瓷片与Ag电极共烧界面结合紧密,元素无扩散现象,具有良好的共烧匹配性,是一种可用于多层微波元器件制造的极具应用价值的中介电常数LTCC微波介质材料。
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