论文部分内容阅读
微波介质陶瓷在微波通讯技术中有着重要的用途，现代通讯技术要求设备小型化、高频化、集成化及低成本化，以低温共烧陶瓷技术(Lowtemperatureco-firedceramic，LTCC)为基础的多层结构设计可以满足以上要求，LTCC技术要求微波介质陶瓷介电性能优异（高品质因数和近零的谐振频率温度系数），并可与熔点较低的Ag或Cu（熔点分别为961℃和1083℃）电极在低温下共烧。
CaTiO3-Ca(Mg1/3Nb2/3)O3是一种介电性能优良的高频介质陶瓷材料，但其烧结温度很高(1300℃)，不利于高性能复合元器件的实现。本文从材料组成、制备工艺研究了其对陶瓷的烧结特性、物相组成、微观结构和微波介电性能的影响。
(1)CMNT系列陶瓷的微波介电性能的研究
通过前驱体法制备(1-x)CaTiO3-xCa(Mg1/3Nb2/3)O3(简称CMNT)陶瓷，研究结果表明:在选定的x值范围内，相组成均为正交系的钙钛矿结构，形成了完全固溶体。在1300℃/5h烧结，x=0.6的陶瓷的微波介电性能良好:εr=47.75，Q·f=29100GHz,τf=-25ppm/℃。
(2)A位离子置换改性CMNT陶瓷的微波介电性能的研究
研究不同半径的离子(Sm3+、Nd3+和La3+)对CMNT(x=0.6)A位离子进行置换改性，研究发现，各改性陶瓷在置换改性范围内均形成了单一钙钛矿结构;A位的不等价置换改性，使得A位的阳离子空位随置换量x的增加而增多，这最终将导致原来的氧八面体产生畸变，随着x值的增加，轴比逐渐减小，说明氧八面体畸变程度增加，但陶瓷结构还是正交晶系。
各改性陶瓷均在1300℃烧结致密，体积密度随掺杂量的增加而增大。掺杂量x=0.06，各改性陶瓷的介电性能较好，掺杂Sm3+、Nd3+和La3+的陶瓷的介电性能分别为:εr=47.53，Q·f=30108GHz，τf=-10.2ppm/℃;εr=43.12,Q·f=30127GHz，τf=-11.3ppm/℃;εr=39.3，Q·f=30560GHz，τf=-16.25ppm/℃。掺杂Sm3+的CSMNT陶瓷性能较好，以该材料为基材，进行低温烧结的研究。
(3)低温烧结CSMNT陶瓷的微波介电性能的研究
通过添加低熔点的烧结助剂H3BO3-CuO(简称BC)、H3BO3-ZnO(简称BZ)、H3BO3-ZnO-BaCO3(简称BZB)来实现CSMNT(x=0.06)的低温烧结，研究发现:分别添加BC玻璃和BZ玻璃的陶瓷，在各组分范围内均形成了正交晶系钙钛矿结构主晶相，玻璃成分没有进入陶瓷晶格或形成新的晶相;添加BZB玻璃的陶瓷由两种晶相组成:正交型CaTiO3相（主晶相）和一种新相。
添加适量的玻璃，可以有效的降低陶瓷的烧结温度，促进晶粒生长，但过量会在烧结过程中产生过多的液相，且液相扩散严重，使晶粒大小不均匀，进而影响陶瓷的介电性能。
添加BC、BZ和BZB玻璃可将CSMNT陶瓷的烧结温度分别降至1050℃、950℃和950℃;分别添加5wt％的BC玻璃和BZ玻璃的陶瓷，介电性能分别为:εr=41.18，Q·f=20097GHz,τf=-13.7ppm/℃和εr=38.86,Q·f=18028GHz,τf=-20.1ppm/℃;添加5.5wt％BZB玻璃的陶瓷，介电性能为:εr=47.75，Q·f=19107GHz，τf=-19.3ppm/℃。