高介电常数微波介电陶瓷的低温烧结工艺研究

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低温烧结微波介质陶瓷材料研究近年来受移动通信事业的推动,发展非常迅速,为了满足微波器件小型化的需要,迫切需要开发高介电常数的低温烧结(LTCC)微波介质材料。Ba6-3xSm8+2xTi18O54和CaO-Li2O-Sm2O3-TiO2固溶体是两种典型的高介电常数微波介质陶瓷,在微波技术中有着重要的应用。 BaO-Sm2O3-TiO2系微波介质陶瓷具有频率温度系数小、介电常数大和介电损耗低等优良性能,是作为微波介质谐振器和滤波器的关键材料,在微波通讯技术中有重要的作用;本文以该体系中介电性能最佳的Ba6-3xSm8+2xTi18O54(x=2/3)(简写为BST)为研究对象,采用固相反应工艺制备,研究不同V2O5加入量对BST陶瓷结构和介电性能的影响。 摩尔比为16:12:9:63的CaO-Li2O-Sm2O3-TiO2(简写为CLST)陶瓷是一种性能较优异的用作介质谐振器的陶瓷材料。然而,具有高介电常数中品质因数的CLST陶瓷,烧结温度较高(1300℃左右),根据陶瓷-银电极共烧要求,本文采用两种方式来降低其烧结温度,第一:助烧剂法,选择BiVO4、BaO-B2O3-SiO2玻璃等作为助烧剂;第二:用溶胶-凝胶法制备纳米CLST陶瓷粉体,然后对其进行分散化研究。 1.V2O5对BST陶瓷的助烧 V2O5的加入没有改变陶瓷的钨青铜结构,且助烧剂的加入显著降低了陶瓷的烧结温度。纯BST陶瓷的烧结温度为1400℃,添加V2O5后其烧结温度降低到1300℃。其中,V2O5添加量为1%时,陶瓷综合介电性能最好,介电常数 r =65.8,介电损耗 =0.0006。频率温度系数 =-8.7ppm·℃-1。 2.BiVO4、BaO-B2O3-SiO2玻璃对CLST陶瓷的助烧 两种助烧剂的加入都不同程度地降低了CLST陶瓷的烧结温度。BiVO4助烧能使CLST陶瓷的烧结温度从1300℃降到1200℃,BaO-B2O3-SiO2玻璃的加入能使陶瓷烧结温度降低200℃。添加两种助烧剂后,均没有改变CLST陶瓷的正交钙钛矿结构,但两种助烧剂的加入使陶瓷的综合介电性能有不同程度的降低。 3.纳米CLST陶瓷的分散化研究 采用溶胶-凝胶法制备出纳米CLST陶瓷粉体,选用四种分散剂对其进行分散,结果聚乙二醇对其分散效果最好,分散效率能达到92%。经过分散后的陶瓷粉体烧结温度从分散前的1200℃降低到1150℃。
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