【摘 要】
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本文采用固相法制备SrAl2Si2O8（SAS）系微波介质陶瓷。分别采用Sr2+位离子取代(Mn2+、Zn2+、Ni2+)和Al3+位离子取代(Co3+、Fe3+、Cr3+),研究不同离子掺杂对SAS陶瓷的烧结性能、物相和微波介电性能的影响。旨在寻找一种能显著提高SAS陶瓷微波介电性能的离子,并明确其制备工艺条件和配方比例,为下一步降低烧结温度和调整谐振频率温度系数奠定基础,通过一系列改性研究,该
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本文采用固相法制备SrAl2Si2O8（SAS）系微波介质陶瓷。分别采用Sr2+位离子取代(Mn2+、Zn2+、Ni2+)和Al3+位离子取代(Co3+、Fe3+、Cr3+),研究不同离子掺杂对SAS陶瓷的烧结性能、物相和微波介电性能的影响。旨在寻找一种能显著提高SAS陶瓷微波介电性能的离子,并明确其制备工艺条件和配方比例,为下一步降低烧结温度和调整谐振频率温度系数奠定基础,通过一系列改性研究,该材料有望应用于低温共烧陶瓷（Low Temperature Co-fired Ceramics,LTCC）技术领域。本文研究的主要内容如下:（1）首先制备未掺杂离子的SAS微波介质陶瓷。结果表明,经预烧温度为1050℃、保温3 h,烧结温度为1475℃、保温5 h处理后,陶瓷试样的密度达到最大值ρ=3.0469g/cm3,为锶长石理论密度的98%,晶体结构致密。经XRD分析,陶瓷的物相为单斜锶长石相,无第二相生成。其微波介电性能为:εr=7.01,Q×f=37502 GHz,τf=-42.88×10-6/℃。（2）然后分别采用Mn2+、Zn2+、Ni2+取代Sr2+位离子,研究它们对SAS陶瓷的烧结性能、物相和微波介电性能的影响。结果表明:三种离子均能适当提高SAS陶瓷的致密性,理论密度≥98%,经XRD物相分析,Mn2+、Zn2+掺杂后,SAS陶瓷试样均生成单一的单斜锶长石,无第二相生成,而掺杂Ni2+后,陶瓷试样中生成了杂相Ni O2和Ni2Si O4。三种离子对SAS的微波介电性能有不同程度的改善。当烧结温度为1475℃时,(Sr0.995Mn0.005)Al2Si2O8陶瓷试样的微波介电性能为:εr=7.12、Q×f=45844 GHz、τf=-41.56×10-6/℃。当烧结温度为1550℃时,(Sr0.99Zn0.01)Al2Si2O8陶瓷的微波介电性能为:εr=7、Q×f=48252 GHz、τf=-36.35×10-6/℃。当烧结温度为1500℃时,(Sr0.995Ni0.005)Al2Si2O8陶瓷试样的微波介电性能为:εr=7.03、Q×f=45646 GHz、τf=-34.96×10-6/℃。综合比较下,(Sr0.99Zn0.01)Al2Si2O8陶瓷的微波介电性能较好。（3）最后分别采用Co3+、Fe3+、Cr3+取代Al3+位离子,研究它们对SAS陶瓷的烧结性能、物相以及微波介电性能的影响。结果表明:Co3+可促进SAS陶瓷密度增加并使烧结温度降低,经XRD物相分析,陶瓷物相为锶长石相,无第二相生成。Fe3+和Cr3+离子掺杂不仅使SAS陶瓷的致密度降低、烧结温度升高T≥1500℃,而且分别生成了杂相Fe2Si O4和SrAl2O4。三种离子对SAS微波介电性能均有不同程度的改善。当烧结温度为1425℃时,Sr(Al0.995Co0.005)2Si2O8陶瓷的微波介电性能为:εr=7.14、Q×f=49010 GHz、τf=-38.97×10-6/℃。当烧结温度为1475℃时,Sr(Al0.9975Fe0.0025)2Si2O8陶瓷的微波介电性能为:εr=6.98、Q×f=42636 GHz、τf=-20.20×10-6/℃。当烧结温度为1525℃时,Sr(Al0.9925Cr0.0075)2Si2O8陶瓷的微波介电性能为:εr=6.91、Q×f=37960 GHz、τf=-109.20×10-6/℃。综合比较下,Sr(Al0.995Co0.005)2Si2O8陶瓷的微波介电性能较好。综合考虑Sr2+位和Al3+位离子掺杂,Sr(Al0.995Co0.005)2Si2O8陶瓷试样的烧结温度最低,微波介电性能最优。
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