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微波介质陶瓷是近二十多年来发展起来的一种新型功能陶瓷材料,它具有高介电常数、高品质因数、频率温度系数小等优良性能,适合制作各种微波器件。但是大多数微波介质陶瓷材料的烧结温度普遍较高,这极大地限制了其应用范围。为了满足微波电路小型化,集成化,低成本的发展要求,出现了低温烧结微波介质陶瓷。LTCC(LowTemperature Co—fired Ceramics)技术目前已被广泛地应用于无线通讯系统中。
本文研制一种由陶瓷相和低熔微晶玻璃相组成的,具有中介电常数的低温共烧微波介质陶瓷材料。由于单相陶瓷难以满足微波介质陶瓷材料运用的各项指标,本文采用两相复合陶瓷作为玻璃+陶瓷体系中的陶瓷相,来弥补单相陶瓷的缺陷和不足。
文中首先通过氧化物掺杂改性的方法,分别制备出性能良好的两种陶瓷相(ABO3型和M2SiO4型),然后将两种陶瓷复合作为玻璃+陶瓷体系中的陶瓷相。
本文还通过溶胶—凝胶方法制备低熔ZnO—B2O3-SiO2微晶玻璃,然后将其添加到复合陶瓷相中来达到低温烧结的目的。
研究表明:
(1)掺入ZnO可以降低BaZrO3陶瓷的烧结温度(从1700℃降到1300℃左右),其烧结机理可能为由氧空位参与的扩散烧结,当ZnO掺入量为1wt%时,在1300℃下烧结6hrs得到的陶瓷烧结体的体积密度能达到理论密度的99.6%,介电常数er=69;
(2)在(MgxZn1-x)2SiO4体系中,Mg2+,Zn2+相互取代降低了体系的烧结温度,(Mg0.7Zn0.3)2SiO4样品的综合性能最佳,其中烧结温度低(1400℃),介电常数er=6.65,介电损耗tanσ=2.66*10-3;
(3)溶胶—凝胶法可以制备出稳定的低熔ZnO—B2O3-SiO2微晶玻璃粉末,将其掺入到BaZrO3-(Mg0.7Zn0.3)2S1O4复合陶瓷相中可以将烧结温度降至900℃,并且可以满足与Ag共烧的要求,同时具有良好的介电性能:介电常数e=13.8;介电损耗tans=1.66×10-3。