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本论文对Ba-Nd-Ti-O系中多种介质材料进行了合成与测试,获得了一种固有烧结温度较低且介电性能优良的介质陶瓷材料。低温烧结微波介质陶瓷材料研究近年受移动通信事业的推动,发展非常迅速。为了满足微波器件设计对材料系列化的需要,迫切需要开发高介电常数且可用于不同叠层器件生产的低温烧结微波介质材料,改变当前仅有中低介电常数材料用于实际生产的现状。
为实现Ba-Nd-Ti-O系介质陶瓷材料的低温烧结,添加了硼酸盐玻璃ZnO-B2O3(ZB)和ZnO-B2O3-SiO2(ZBS)作为低烧助剂,硼酸盐玻璃可以在较低的温度下形成液相促进烧结。添加6wt％ZB玻璃,可以将Ba4.5Nd9Ti18O54材料的烧结温度降低600℃,实现其在900℃致密烧结,获得的高频性能如下(1MHz下测试)：介电常数εr≈68,介电损耗tanδ<9×10-4,介电常数温度系数τε≈-70ppm/℃。添加了6wt％ZBS玻璃的Ba4.5Nd9Ti18O5材料可实现1000℃下致密烧结且高频介电性能优良：εr≈66,tanδ<9×10-4,τε≈-110ppm/℃。
在Ba4.5NdgTi18O54陶瓷材料中添加少量锂盐,可以促进Ba4.5Nd9Ti18O54的反应活性,有效降低烧结温度。其中,以Li2CO3形式添加的锂盐对Ba4.5Nd9Ti18O54陶瓷材料的低温烧结效果最明显。添加6wt％Li2CO的Ba4.5Nd9Ti18O54材料在1100℃可烧结致密,其高频介电性能如下(1MHz)：εr≈70,tanδ<9×10-4,τε≈-140ppm/℃。
硼酸盐玻璃和锂盐对Ba4.5Nd9Ti18O5介质陶瓷材料的降温机制不同,复合添加硼酸盐玻璃和锂盐可以用更少的助烧剂添加总量,取得更好的低温助烧效果。在Ba4.5Nd9Ti18O54中复合添加2.25wt％ZB玻璃和2.25wt％ZBS玻璃和1.5wt％Li2CO3可实现900℃下致密烧结(ρ≈5.29g/cm3),高频下(1MHz)介电性能如下：εr≈70,tanδ<4×10-4,τε≈-140ppm/℃。该配方瓷料可以在900 ℃与银内电极共烧,满足LTCC工艺要求。
复合添加硼酸盐玻璃与锂盐是一种高效的烧结助剂,复合添加1.5～6wt％的硼酸盐玻璃与锂盐助烧剂,可有效的将多种介电陶瓷材料的烧结温度有效降低500℃以上。复合添加硼酸盐玻璃与锂盐低温烧结助剂的有效助烧效果可以作用在钙钛矿结构(SrTiO3,CaZrO3),其他复杂结构(Ba4(Nd1-yBiy)9.33Ti18O54)等上,所涉及的体系有Sr-Ti-O、Ca-Zr-O、Ba-Nd-Ti-O等,说明复合添加硼酸盐玻璃和锂盐烧结助剂具有一定的普适性作用。