李皓[1]2016年在《MgO-TiO_2体系微波介质陶瓷材料结构与性能优化研究》文中进行了进一步梳理近30年来,利用微波介质陶瓷制作的介质滤波器、谐振器和贴片天线等微波元器件,在无线通讯系统中有非常广泛的应用。为了满足微波系统中器件的要求,往往希望微波介质陶瓷具有以下叁个方面的特征。高的介电常数ξ_r有利于实现微波元件的小型化,因为谐振谐振器中电磁波的波长与介电常数ξ_r存在lμ(?)1/(?)的关系。希望微波介质陶瓷具有高的品质因素Q×f,高的品质因素能够有利于提高其选频特性特性,有效降低插入损耗。还希望微波介质陶瓷具有近零的谐振频率温度系数τ_f,以确保在各种不同工作温度下的稳定性。本文采用固相法工艺,围绕Mg_2TiO_4基陶瓷和MgTiO_3基微波介质陶瓷的结构和性能优化展开研究,得到了主要的研究成果如下:1、采用Rietveld全谱拟合法测定了Mg_2TiO_4陶瓷的晶体结构,对其晶格振动与拉曼光谱进行分析。采用传统固相法合成Mg_2(Ti_(1-x_Sn_x)O_4陶瓷,研究Sn~（~（4+））离子取代对Mg_2TiO_4晶体结构和微波介电性能的影响。通过XRD测试并计算,发现Mg_2(Ti_(1-x_Sn_x)O_4的晶胞参数随着Sn~（4+）的取代量增大而增大。陶瓷系统中发现有MgO的第二相,随着Sn~（4+）的取代量增大而增大。其原因是Sn~（4+）高温下不稳定,Sn~（4+）的含量增大,挥发会越来越严重导致的。讨论了高温下Ti~（4+）离子的变价机理,提出了Sn~（4+）不稳定的分解反应能有效抑制Ti~（4+）的半导化,在一定程度上改善微波介电性能的观点,并通过XPS测试来佐证。深入探索了离子极化率、原子堆积密度、阳离子键价等结构特征与性能之间的关系。获得了优异的微波介电性能的配方与工艺,Mg_2(Ti_(0.8)Sn_(0.2))O_4陶瓷在1510℃保温4h烧结:ξ_r=12.2,Q×f=153,270 GHz,τ_f=-53.1 ppm/℃。2、采用传统固相法合成(1-x)(Mg_(0.97)Zn_(0.03))_2(Ti_(0.95)Sn_(0.05))O_4-x CaTiO_3陶瓷。利用XRD、SEM和EDS等分析手段,结合晶格参数的计算,研究Zn/Sn协同取代对Mg_2TiO_4陶瓷烧结特性、物相组成、微观形貌及微波介电性能的影响。0.93(Mg_(0.97)Zn_(0.03))_2(Ti_(0.95)Sn_(0.05))O_4-0.07CaTiO_3陶瓷在1390℃保温4h烧结,具有优异的微波介电性能:ξ_r=18.3,Q×f=94,715 GHz,τ_f=4.1 ppm/℃。3、采用Rietveld全谱拟合法测定了MgTiO_3陶瓷的晶体结构,利用结构参数计算了MgTiO_3的容限因子、键能、阳离子共价性、共价作用百分比和氧八面体畸变参数。对其晶格振动与拉曼光谱进行了分析。探索其结构特点,为性能优化奠定基础。4、研究了0.95MgTiO_3-0.05CaTiO_3-x Co_2O_3复相陶瓷的相组成与微波介电性能。结果表明:Co_2O_3的添加,不仅降低了复合陶瓷的烧结温度,同时抑制了复合陶瓷中Mgti2o5的产生。co~(2+)取代Mg~(2+)进入MgTiO_3晶格,晶格常数增加,同时导致Mg的富余而形成MgTiO_3相。Co_2O_3在高温下,存在分解反应。该反应能在一定程度上抑制ti~（4+）离子在高温情况下的半导化,进而改善了陶瓷体系的品质因数。0.95MgTiO_3-0.05CaTiO_3-0.01Co_2O_3在1300℃下保温4h烧结,获得了比较优异的微波介电性能(ξ_r=20.5,Q×f=76,485Ghz,τ_f=2.4ppm/℃)。因此,该性能优异的复合陶瓷有广泛应用在微波谐振器、滤波器和贴片天线中的潜力。5、将Mg富余的Mg2.05sio4.05添加到MgTiO_3-CaTiO_3复合陶瓷中,系统的研究其相组成,微观形貌以及微波介电性能。理论上发现MgO的富余能抑制Mgsio3和Mgti2o5的产生。0.8MgTiO_3-0.2Mg_(2.05_Sio_(4.05_-0.06CaTiO_3复合陶瓷在1380°c温度下保温4h可以获得优异的微波介电性能:ξ_r=15.4,Q×f=72,705ghz,τ_f=-1.5ppm/oc。同时基于我们的研究思路,复合陶瓷体系能够做到介电常数ξ_r从9-20之间连续可调,温度系数控制在±10ppm/℃内,同时Q×f在65,000~85,000ghz之间。6、研究了Li_2ZnTi_3O_8与MgTiO_3-CaTiO_3复合陶瓷的烧结特性和微波介电性能的影响。Li_2ZnTi_3O_8能够有效降低MgTiO_3-CaTiO_3的烧结温度,同时促进陶瓷的晶粒生长,使微波介电性能有所提升。0.94MgTiO_3-0.06CaTiO_3-0.015Li_2ZnTi_3O_8在1220°c下烧结保温4h拥有优异的微波介电性能:合适的介电常数ξ_r=20.97,比较高的品质因数Q×f=70,832ghz,接近0的谐振频率温度系数τ_f=3.5ppm/oc。该复合陶瓷体系有广泛应用在微波介质谐振器,滤波器和贴片天线中的潜力。7、采用一次合成工艺,利用Mgo-Cao-TiO_2-Nb_2O_5-Zno-SiO_2-Mno_2体系一次预烧的方式配料,合成了具有较低损耗、近零温度系数、生产工艺简单的高性能MgTiO_3陶瓷。不同Mg/ti比的Mg-ca-ti陶瓷都包含主晶相MgTiO_3相和次晶相CaTiO_3相,在Mg量不足时陶瓷具有Mgti2o5相,Mg含量较高时具有MgTiO_3相。随着Mg/ti比增加,ξ_r从21.2递减至20.6,Q×f值从76,342ghz先增加至79,915ghz后降低至75,080ghz,τ_f至从-3.8ppm/oc增加至1.2ppm/℃后变化不大。在Mg/ti比为0.955时,在1310℃保温4h烧成的陶瓷具有优良的介电性能:ξ_r=21.1,Q×f=79,915ghz,τ_f=1.2ppm/℃。8、采用固相反应法制备了[(Mg_(1-x-y)Ca_x)La_y](Ti_(1-y)Al_y)O_3复合体系微波介质陶瓷,并对其进行物相组成、微波介电性能和晶粒形貌的研究。研究结果表明,在x+y=0.75时,陶瓷的主晶相在x=0.5为CaTiO_3和Mgal_2O_4两相,x=0.25时出现Mgti_2O_5相,x≤0.05时出现MgTiO_3但Mgal_2O_4相消失,la会固溶到主晶相的晶格中。测试发现随着Ca含量增加,介电常数持续递增,介电常数温度系数递减。Q×f值在Ca含量为0.7时出现极大值,SEM分析显示气孔、晶粒均匀性和晶粒形状等晶粒特征会导致Q×f有明显的变化,[(Mg_(0.25)Ca_(0.70))La_(0.05)](Ti_(0.95)Al_(0.05))O3陶瓷的介电性能达到:ξ_r=84.7,Q×f=133,700 GHz,et≈-841 ppm/℃。分析认为陶瓷的密度变化主要受陶瓷组成影响。当LaAlO_3配比只占极少量时(y=0.01),Ca在0.74~0.89内增加时条状晶粒增多,介电常数和表观密度少量增加,而Q×f值和介电常数温度系数变化不大。基于这个体系,我们获得了一个介电常数ξ_r从13.8到184.3,介电常数温度系数τ_ξ从+24 ppm/℃到-1558 ppm/℃连续可调的配方体系。
罗小慧[2]2018年在《Li-Zn-Ti系微波陶瓷改性研究》文中提出当今,微波技术主要应用在通信、雷达、环境遥感和医学系统。微波能量的高频率和短波长使得分析和设计微波元件和系统变得困难,但微波介质陶瓷就能很好适应微波系统的小型化发展与革新。微波陶瓷全称微波介质陶瓷,是国内外的研究热点之一。微波介质陶瓷不仅可以具有良好的力学性能和化学稳定性,还可以因其高ε_r减小器件尺寸,因其高Q×f减小器件损耗,因其近零的τ_f获得温度稳定性,微波介质陶瓷广泛应用于微波通信系统的关键性元器件如谐振器,滤波器,电容器,振荡器、波导回路、介质天线基板等。因此研究低成本且性能更优异的微波介质陶瓷材料是微波领域发展的关键。本论文中的微波介质陶瓷样品都是采用传统固相法制备的,选择以Li_2Zn_3Ti_4O_(12)微波介质陶瓷材料为研究对象,分析了掺杂LiF、锂和锌元素的非化学计量比以及引入钙元素对陶瓷材料的相组成、微观结构和介电性能,最后得到以下几个主要研究成果:1.为了对Li_2Zn_3Ti_4O_(12)微波陶瓷材料进行降烧,使其可以应用于LTCC制造技术中。当LiF的掺杂量增加时,开始观察到LiF相,Li F与Li_2Zn_3Ti_4O_(12)不反应,当掺入LiF量为1 wt.%时,陶瓷在900℃烧结时能获得烧结致密,介电性能较优的陶瓷,其介电性能为:εr=17.9,Q×f=47983 GHz,τf=-48.3 ppm/℃。2.为了调节Li_2Zn_3Ti_4O_(12)陶瓷的谐振频率温度系数至近零左右,通过一次固相法合成工艺制备出(Li_2Zn_(3-x)Ti_(4-x)O_(12-3x))-xCaTiO_3(x=0.00-0.32)微波介质陶瓷,Ca的引入使陶瓷产生了第二相CaTiO_3相,Ca没能进人Zn位。x值从0.00增加到0.32时,谐振频率温度系数从-48 ppm/℃增加到9.12 ppm/℃。当x=0.28时,(Li_2Zn_(3-x)Ti_(4-x)O_(12-3x))-xCaTiO_3陶瓷材料在1200℃烧结4h性能最优,其微波介电性能为:ε_r=23.5,Q×f=55604 GHz,τf=0 ppm/℃。3.为了得到介电性能更优的陶瓷材料,对Li_2Zn_3Ti_4O_(12)进行了Li和Zn的非化学计量比研究。采用固相法一次合成工艺,制备Li_2Zn_(3-x)Ti_4O_(12-x)(x=0.00-0.50)和Li_(2-x)Zn_3Ti_4O_(12-0.5x)(x=-0.20-0.20)微波介质陶瓷材料。在Li_2Zn_(3-x)Ti_4O_(12-x)材料中,当x=0.30时,Li_2Zn_(3-x)Ti_4O_(12-x)陶瓷材料在1200℃烧结4h,得到最佳微波介电性能为:ε_r=21,Q×f=64951 GHz,τf=-42.3 ppm/℃。在Li_(2-x)Zn_3Ti_4O_(12-0.5x)(x=-0.20-0.20)介质陶瓷中,当x的值从-0.20逐渐增大到0.20,陶瓷的谐振频率温度系数τ_f值从-48.3 ppm/℃改善到-20.4 ppm/℃。当x=0.15时,Li_(2-x)Zn_3Ti_4O_(12-0.5x)陶瓷材料在1200℃烧结温度下烧结4h具有最佳微波介电性能:ε_r=20.3,Q×f=68817 GHz,τ_f=-25.7 ppm/℃。
黄国华[3]2004年在《聚合物前驱体法合成CaTiO_3基微波介质陶瓷的研究》文中进行了进一步梳理新的通信系统如多媒体移动通信系统、超高速无线局域网、智能交通系统的迅猛发展,对微波介质陶瓷的性能提出了更高的要求,迫切要求采取新的材料研究方式。作为一种新的材料制备思路,软化学法近年来日益受到重视。但关于CaTiO3基微波介质陶瓷的软化学法研究的报道甚少,尚未见用聚合物前驱体法合成CaTiO3基微波介质陶瓷的报道。本文以国家高技术研究发展计划项目“新型微波介质陶瓷材料与元件的研制(项目编号:2001AA-ZB3201)”和教育部科学技术研究重大项目“高εr微波介质陶瓷材料及器件的研制(合同号:重大0206)”为依托,在材料设计的指导下,以探索微波介质陶瓷的叁大参数εr 、Qf 和τf 之间的内在联系以及研制高性能的CaTiO3基微波介质陶瓷为目标,采用XRD、DTA、TG、SEM、TEM和FTIR等分析测试技术,从材料组成和制备技术等方面对CaTiO3基微波介质陶瓷的性能进行“剪裁”协调,尤其是对用聚合物前驱体法合成CaTiO3基微波介质陶瓷进行了研究。主要内容有:用固相反应法制备了CaTiO3微波陶瓷。在1300℃烧结3 h,εr = 170,Qf = 4800 GHz,τf = +810 ppm/℃。选用τf为负同时具有较高εr的微波介质材料如Li1/2Ln1/2TiO3与之复合是研制温度稳定的CaTiO3基高εr微波介质陶瓷的有效途径。而选用介电损耗低同时τf为负的材料如稀土铝酸盐LnAlO3与之复合则是获得CaTiO3基低损耗微波介质陶瓷的重要途径之一。研究了Ln3+取代对CaTiO3微波介电性能的影响以及材料的τf值与容差因子t的关系。对于Ca1-xLa2x/3TiO3 ( x = 0.1,0.4,0.5)材料,当x = 0.4时,在1350℃烧结4 h可制备出εr = 118,Qf = 10360 GHz,τf = +295 ppm/℃的微波陶瓷;对于Ca1-xNd2x/3TiO3材料,当x = 0.39时,在1350℃烧结4 h可制备出εr达109,Qf超过8500 GHz的微波陶瓷。Ca1-xLa2x/3TiO3陶瓷的τf值随着x的增大而下降。这可以用容差因子t的变化来分析。随着t的减小,钙钛矿结构的钛-氧八面体发生倾斜,从而τε上升,τf下降。而t随着x的增加而减小,所以τf值随着x的增加而减小。用固相反应法研究了(1–y)Ca1-xLn2x/3TiO3–yLi1/2Nd1/2TiO3( Ln = La, Nd, Sm)复合系列的微波介电性能。当Ln = Sm,y = 0.3,预烧温度为1050℃,在1300℃烧结3 h制备的微波陶瓷,εr = 92, Qf = 5060 GHz,τf = 7.5 ppm/℃。与Ln = La,Nd的材
郑景国[4]2018年在《Ca_5Co_4(VO_4)_6微波介质陶瓷的制备及性能研究》文中提出应用于LTCC的介质材料需要满足的条件为:较低的烧结温度、较小的介电常数、较大的品质因素和近零的谐振频率温度系数。Ca_5Co_4(VO_4)_6微波介质陶瓷是一种新型的低温烧结微波陶瓷,并具有高的品质因素。本文是以Ca_5Co_4(VO_4)_6微波介质陶瓷为研究对象,通过传统的固相反应法进行样品制备。为得到较高Q×f值,分别系统研究了Ca、Co和V的非化学计量比对Ca_5Co_4(VO_4)_6微波陶瓷相组成、微观形貌、烧结特性、拉曼光谱和介电性能的影响,并指出了离子极化率、相对密度、平均晶粒尺寸、气孔率、晶格常数、离子有序度、晶胞体积与微波介电性能的联系;在此基础上通过添加TiO_2、CaTiO_3对谐振频率温度系数进行调零,同时指出了TiO_2和CaTiO_3的添加对基料陶瓷样品的相组成、微观形貌和微波介电性能的作用规律。最终,制备出应用到LTCC的微波介质陶瓷。首先,系统研究了Ca、Co和V的非化学计量比对Ca_5Co_4(VO_4)_6微波陶瓷各项性能的影响。研究结果表明:(1)所有样品都为单一晶相;(2)当Ca离子不足时,降低了烧结温度,促进了晶粒完全生长。Ca_(4.95)Co_4(VO_4)_6陶瓷样品在875°C烧结温度下的微波介电性能:ε_r=10.22,Q×f=53906GHz和τ_f=-72ppm/℃;(3)Co离子含量不足时,促进了晶粒生长,增强了微观结构致密性,进而提高了Q×f值。Ca_5Co_(3.95)(VO_4)_6陶瓷样品在875°C烧结温度下的微波介电性能如下:ε_r=10.1、Q×f=54100GHz和τ_f=-68ppm/°C。(4)V离子缺陷时抑制了晶粒不正常的生长,使得晶粒小而均匀,同时提高了微观结构的致密性、结晶度和离子有序度,大幅度地提高了Q×f值。Ca_5Co_4V_(5.95)O_(24)在875°C温度下烧结得到的微波介电性能:ε_r=10.6、Q×f=72990GHz和τ_f=-72.4ppm/°C。其次,通过以Ca_5Co_4V_(5.95)O_(24)为基料添加TiO_2、CaTiO_3对其谐振频率温度系数进行调零。Ca_5Co_4V_(5.95)O_(24)陶瓷样品的谐振频率温度系数随TiO_2、CaTiO_3添加量的增加而增加。当TiO_2添加量为10wt%时,在925°C温度下烧结,两相复合材料具有良好的微波介电性能:ε_r=13.7、Q×f=19159GHz和τ_f=0ppm/°C。CaTiO_3添加量为6wt%时,在925°C温度下烧结,两相复合材料具有优异的微波介电性能:ε_r=14.56、Q×f=20354GHz和τ_f=-2.5ppm/°C。
狄洁昌[5]2012年在《Ca4La2Ti5O17基微波陶瓷的结构与介电性能研究》文中提出微波介质陶瓷广泛应用于移动电话,全球定位系统,卫星直播等微波通讯领域,随着微波通讯技术的快速发展,不断需要新型高性能的微波介质陶瓷。本文采用固相法制备Ca4La2Ti5O17基微波陶瓷材料。采用X-射线衍射,扫描电镜和介电性能测量等方法研究了替代、复合掺杂对Ca4La2Ti5O17微波介质陶瓷的烧结特性、晶体结构、显微组织和介电性能的影响,得到结果如下：1.Ga4-xSrxa2Ti5O17(x=0-3)体系：XRD结果表明,在替代范围内所有样品为正交晶系钙钛矿结构,并且晶格常数和晶胞体积随着x的增加而增加。SEM结果表明,没有第二相存在,Sr替代Ca抑制了晶粒生长。当x从0增加到3,介电常数从72增加到90,品质因数Q×f从15070减小到3216GHz,谐振频率温度系数τf从125增加到175ppm/℃。2.Ca4La2Ti5-x(Mg1/3Nb2/3)xOi7(x=0-4)体系：XRD结果表明,在替代范围内所有样品为正交晶系钙钛矿结构,晶胞体积随着x的增加而增加。SEM结果表明,没有第二相存在,(Mg1/3Nb2/3)4+替代Ti4+促进了晶粒的生长。当x从0增加到4,εr从71.86减小到35.23,Q×f从15070增加到21277GHz,τf从125.2减小到-16.7ppm/℃。当x=3时,得到Ca4La2Ti2(MgNb2)O17微波陶瓷,其微波介电性能最理想,sr=40.45, Q×f=19123GHz和Tf=1.62ppm/℃3.(1-x)Ca4La2Ti5017-xNdAlO3(x=0-0.7)体系：XRD结果表明,所有样品为正交晶系钙钛矿结构,并且晶胞体积随着x的增加而减小。SEM结果表明,没有第二相存在,添加NdAl03抑制了晶粒的生长。当x从0增加到0.7,εr从72减小到32,Q×f从15070减小到13251GHz,τf从125.2减小到-33.1ppm/℃。当x=0.6时,得到介电性能最为理想的0.4Ca4La2Ti5O17-0.6NdAlO3微波陶瓷：εr=41.8, Q×f=13781GHz和τf=-6.5ppm/℃
韦珍海[6]2015年在《可低温烧结微波介质陶瓷的制备与性能研究》文中提出本文通过传统的固相烧结法制备了一系列可低温烧结的微波介质陶瓷BaMV2O7(M=Mg,Zn)、LiMVO4(M=Mg,Zn)、Li2M2W3O12(M=Mg,Zn)和Li2W2O7,对其进行了系统的结构、显微结构和微波介电性能的分析,研究了性能与结构之间的关系,并初步探讨了这些材料作为LTCC基质候选材料的应用可能。(1)在BaMV2O7(M=Mg,Zn)体系中,通过固相合成法制备了BaMgV2O7和BaZnV2O7陶瓷材料。其中,830oC温度烧结时BaMgV2O7陶瓷最致密,并获得εr~8.2,Q×f~37600 GHz,τf~-35.2 ppm/oC的优越微波介电性能;与BaMgV2O7相比,BaZnV2O7陶瓷具有更低最佳烧结温度(720 oC)和高的相对密度(95.6%)。同时,在720oC烧结可获得εr~10.7,Q×f~31000 GHz,τf~-64.4 ppm/oC的良好微波介电性能。(2)高相对密度和优越微波介电性能的LiMVO4(M=Mg,Zn)陶瓷可以在720oC烧结获得:LiMgVO4,96.6%,εr为9.89,Q×f值为30800 GHz,τf值为-181ppm/oC;Li ZnVO4,94.9%,εr为7.15,Q×f值为17600 GHz,τf值为-114 ppm/oC。(3)Li2Mg2W3O12陶瓷在720 oC温度烧结时具有:εr为8.36,Q×f值为56700 GHz,τf值为-72.8 ppm/oC的最佳微波介电性能。低的烧结温度和良好的微波介电性能使Li2Mg2W3O12陶瓷非常有希望成为无线通信系统中的LTCC基质候选材料。(4)Li2W2O7陶瓷主要受到密度和第二相影响其微波介电性能。低介电常数,高Q×f值的Li2W2O7陶瓷可以通过添加TiO2的方法来调节使负的τf值趋于零。Li2W2O7陶瓷在最佳烧结温度680 oC烧结时,可获得εr为12.15,Q×f值为17700GHz,τf值为-232 ppm/oC的良好微波介电性能。
张云[7]2017年在《铌酸钛钴基微波介质陶瓷的制备与性能研究》文中认为随着微波通信技术的迅猛发展,低损耗中介电(εr)微波介质陶瓷已经成为卫星通讯及移动基站中谐振器的关键材料。目前实用化的中εr陶瓷材料种类较少、结构单一、性能偏低。CoTiNb_2O_8陶瓷的εr可达63.5,同时具有优异的品质因数(Q×f)。但它的谐振频率温度系数(τf)过大、烧结温度过高,而且相关研究甚少。基于此,本论文首次围绕其性能优化展开研究,通过掺杂烧结助剂、不同晶位离子取代、两相复合等方法,获得了一系列新型高Q中εr微波介质陶瓷。借助X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(FT-Raman)、透射电镜(TEM)以及热激励去极化电流(TSDC)等技术深入探讨了材料晶体结构与微波介电性能之间的联系,并对其缺陷类型与介电损耗关联机制进行了分析。采用传统固相法制备了 CoTiNb_2O_8陶瓷,在1250℃烧结4h后其微波介电性能为εr=63.5,Q×f=25,300GHz,τf=86.06ppm/℃。在此基础上,添加了低熔点氧化物(CuO和B_2O_3)对CoTiNb_2O_8陶瓷进行低温烧结,研究了烧结助剂在基体陶瓷中的存在形式,阐述了其低温烧结机理。添加CuO后,液相CuNb_2O_6的形成以及Cu2+的扩散,这两者共同作用使陶瓷烧结温度降低至950℃,并且与Ag共烧匹配。B_2O_3加入到基体陶瓷后并没有引起任何杂相的形成。在烧结过程中,低熔点的B_2O_3以液相形式存在,促进传质。低频介电谱以及TSDC研究表明,B_2O_3增大了CoTiNb_2O_8陶瓷的氧空位缺陷浓度,并引起偶极子等新的缺陷形成,使Q×f降低至18,793GHz。为了降低烧结温度,本论文首次采用溶胶凝胶法以Nb_2O5·nH_2O为铌源合成了CoTiNb_2O_8微波介质陶瓷,并对其制备工艺参数、晶体结构和微波介电性能作出了系统的分析。红外光谱(FT-IR)测试结果表明,柠檬酸与金属离子主要以双齿形式耦合。pH=4时,干凝胶经800℃煅烧4h可以获得结晶化程度良好、分散均匀的单相纳米粉体。目标产物CoTiNb_2O_8的形成过程与固相法相似,均是中间相CoNb_2O_6与TiO2反应的结果。经过压片成型,CoTiNb_2O_8陶瓷在1000℃就可以致密化,实现了陶瓷的低温烧结。此时,陶瓷材料的微波介电性能为:εr=64.2,Q×f=16,800GHz,τf66.17ppm/℃,该工艺流程简单、安全易行。针对微波器件实际应用的要求,通过不同晶位离子取代(包括Zr取代Ti、V取代Nb)来改善CoTiNb_2O_8陶瓷谐振频率温度系数过大、烧结温度过高的缺点,并结合Rietveld晶体结构精修、TEM等手段,深入揭示了材料微波介电性能的变化原因。Zr4+取代Ti4+后,当x≤0.2以及x≥0.6,陶瓷分别以四方金红石型结构和单斜钨锰铁矿结构的单相固溶体形式存在,而x=0.4时,两相共存。Zr的引入增大了材料的致密度和原子堆积密度,优化了材料的Q×f值,此外还加剧了氧八面体畸变,使τf得以调整。添加V5+后,CoTiNb_2O_8陶瓷烧结行为得到改善。在整个研究范围内,CoTi(Nb1-xVx)2O_8以单相金红石固溶体形式存在。Raman结果表明,CoTi(Nb1-xVx)2O_8陶瓷微波介电性能变化与拉曼散射峰偏移密切相关。采用CoNb_2O_6作为温度补偿元来调节CoTiNb_2O_8陶瓷的谐振频率温度系数。CoNb_2O_6加入后在一定程度上起了助烧剂的作用,改善了基体材料的烧结行为。在烧结过程中,金红石CoTiNb_2O_8始终与铌铁矿CoNb_2O_6保持两相共存的状态。通过Lichtenecker混合法则,将复合材料介电性能的理论值和实测值进行了对比,初步分析了(1-x)CoTiNb_2O_8-xCoNb_2O_6陶瓷微波介电性能的变化原因。在x=0.8附近,获得了一种具有零温度系数的微波介质陶瓷材料,同时Q×f值得到提高。
赵麒植[8]2010年在《低温烧结（Zn，Mg）TiO_3微波陶瓷的研究》文中认为随着微波技术的不断发展及其应用领域的不断扩大,对微波器件的要求向高性能、高品质和小型化的方向展开。以低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramics,简称LTCC)技术为基础的多层结构设计可以有效减少器件体积,是实现器件小型化、集成化以、高可靠性和低成本方向发展的重要途径。低温共烧技术的核心之一是研制与高电导率Ag或者Cu电极浆料共烧的微波介质陶瓷材料。本论文采用传统的固相合成法,对不同Zn、Mg、Ti比例的(Zn,Mg)TiO3微波介电陶瓷基料,以及其降烧和掺杂改性进行了研究。从介电常数温度系数τε出发,通过对不同Zn、Mg、Ti比例的(Zn,Mg)TiO3基料的实验结果分析,获得了在900℃预烧温度下τε=0的Zn1.06Mg0.12TiO3。BiVO4、H3BO3、BCB2复合助烧剂可以降低(Zn1.06Mg0.12)TiO3陶瓷的烧结温度,促进晶粒生长和致密;适当的二次球磨时间可以促进晶粒的活性,有助于降低烧结温度和提高性能。添加比例为1wt%BiVO4、3wt%H3BO3、1.5wt%BCB2,二次球磨时间为9h时,(Zn1.06Mg0.12)TiO3陶瓷可以在950℃烧结成瓷,其介电性能如下:εr=25,Q×f=12391(8GHz),τε=140×10-6/℃。CaTiO3可以改善低烧(Zn1.06Mg0.12)TiO3陶瓷的εr,CaTiO3的含量和εr呈一个线性变化趋势。在掺杂比例为1wt%BiVO4、3wt%H3BO3、1.5wt%BCB2的助烧剂的同时,再掺入10wt%的CaTiO3,使(Zn1.06Mg0.12)TiO3可以在950℃烧结成瓷,其介电性能如下:εr=25,Q×f=10391(8GHz),τε=-6×10-6/℃。BaLiBSi不但可以改善(Zn1.13Mg0.048)Ti1.29O3陶瓷的温度系数,更能作为助烧剂降低(Zn1.13Mg0.048)Ti1.29O3陶瓷的烧结温度至900℃。当掺杂比例为1wt%BiVO4、3wt%H3BO3、1.5wt%BCB2、1.2wt%的BaLiBSi时,(Zn1.13Mg0.048)Ti1.29O3陶瓷可以在900℃烧结成瓷,其介电性能如下:εr=24.8,Q×f=10898(8GHz),τε=17×10-6/℃。
窦刚[9]2013年在《硅酸盐基低温烧结微波陶瓷材料及其改性机理研究》文中提出高频无线通信技术的高速发展，对电子元器件微型化、集成化及高性能化的要求越来越高，对电子封装技术也提出了更高的要求。低温共烧陶瓷（Low TemperatureCo-fired Ceramic, LTCC）技术为实现元器件的小型化和高密度封装提供了可能，是实现高频应用领域中元器件与基板高度集成的最有前景的技术。随着LTCC陶瓷和浆料低温烧结的深入研发，LTCC基板在芯片封装中的应用日渐广泛，因此，加速LTCC基板材料的研究不仅具有社会效益，还可以为今后电子元件的设计与研发提供更好的平台，带来经济效益。本论文主要研究了应用于LTCC基板的硅酸盐材料体系的微波介电性能，并对其介电性能和烧结温度进行了改善，制备出了适用于LTCC基板的性能优秀的微波介质陶瓷；探究了硅酸盐基微波陶瓷材料的介电损耗特性以及对其微波介电性能进行改善的过程中，损耗对微波介电性能的影响；分析了低温烧结中的液相烧结机理和硅酸盐微波介质陶瓷与银电极的化学兼容性；研究了硅酸盐基微波陶瓷材料的改性机理，并与实验数据作对比分析。硅酸盐陶瓷是无机非金属类材料中的重要组成部分，其微波介电性能大多极其优良，在微波介质陶瓷领域内的应用极广，其中Mg_2SiO_4和Zn_2SiO_4在所有已报道的微波陶瓷材料中都具有非常突出的高品质因数，但是它们极高的烧结温度和较差的热稳定性严重限制了它们作为LTCC基板材料在实际中的应用。根据Lichnetecker定则，选取具有正温度系数τf=+859ppm/°C的CaTiO_3材料与硅酸盐陶瓷进行复合，得到的复合陶瓷具有可调的τf值。当CaTiO_3的加入量从6.0mol%增加到10.0mol%时，(1-x)Mg_2SiO_4-xCaTiO_3陶瓷的谐振频率温度系数τf从-27.1增加到14.2ppm/°C。当x=0.08和0.09时，(1-x)Mg_2SiO_4-xCaTiO_3陶瓷有接近于零的τf值（-3.0和6.8ppm/°C）。与Mg_2SiO_4-CaTiO_3的Q×f值相比，当CaTiO_3的加入量从0mol%增加到7.0mol%时，(1-x)Zn_2SiO_4-xCaTiO_3陶瓷的τf值从-61.0增大到28.6ppm/°C，当x=0.05时，(1-x)Zn_2SiO_4-xCaTiO_3陶瓷的τf值为0.8ppm/°C。Zn_2SiO_4-CaTiO_3陶瓷的Q×f值的大小和变化趋势与之相近。同时，在实验结果的分析讨论过程中，还发现了CaTiO_3的加入对陶瓷材料的烧结温度有一定的降低效果。针对硅酸盐复合陶瓷的烧结温度高于950°C这一不利因素，首先采用Li~+替代Zn_2SiO_4中Zn_~(2+)的方法来降低陶瓷的烧结温度，研究了离子替代后陶瓷的微波介电性能，探讨该方法降低陶瓷烧结温度的可行性，并通过掺杂CaTiO_3对离子替代后陶瓷的τf进行了优化研究。研究发现，通过Li~+对Zn_~(2+)进行离子替代后，Li_2yZn_((2-y))SiO_4(y=0.5,0.8,1)陶瓷的Q×f值明显下降，烧结温度明显降低，当y=1时，降温达到最佳状态。掺杂CaTiO_3可使离子替代后陶瓷的τf在包含0的很大范围内可调。当x=0.17时，(1-x)Li_2ZnSiO_4-xCaTiO_3陶瓷有接近于零的τf值（-1.3ppm/°C），但是陶瓷的烧结温度仍远高于950°C。最后，只能采用添加低温烧结助剂的方法将复合陶瓷的烧结温度成功的降低到950°C以下，满足其在LTCC中应用的基本要求：当ZB玻璃的加入量为25.0wt.%时，0.75Li_2ZnSiO_4-0.25CaTiO_3陶瓷的微波介电性能为：r=9.5，Q×f=11,800GHz，τf=-5.2ppm/°C；当BLB的加入量为12.0wt.%时，0.91Mg_2SiO_4-0.09CaTiO_3陶瓷的微波介电性能为：r=7.7，Q×f=11,300GHz，τf=-5.0ppm/°C；当Li_2CO_3-H_3BO_3的加入量为4.0wt.%时，0.95Zn_2SiO_4-0.05CaTiO_3陶瓷的微波介电性能为：r=7.1，Q×f=26,300GHz，τf=-4.5ppm/°C。研究还表明0.95Zn_2SiO_4-0.05CaTiO_3复合陶瓷与Ag电极可以实现共烧。论文最后结合具体实验数据，从正价阳离子取代、掺杂CaTiO_3相、加入烧结助剂和改变烧结温度四个方面探讨了相对介电常数、介电损耗和谐振频率温度系数改性的基本理论。研究结果表明：微波陶瓷的相对介电常数随陶瓷单位体积内离子电价的升高和偶极子数量的增多而变大。对基板材料而言，低价态离子置换高价态离子，通过微孔降低材料的致密度等都会减小陶瓷的相对介电常数。多晶陶瓷作为主要的微波陶瓷，其衰减常数γ与损耗有关，微波陶瓷中所存在的非完整性因素如晶界、缺陷、杂质、气孔和裂纹等，是造成材料损耗的主要原因。Lichnetecker（李赫德捏凯）对数混合定则是针对多相共存复合微波介质陶瓷的微波介电性能的重要公式，对复合陶瓷的相对介电常数，介电损耗和谐振频率温度系数的改性机理都有指导意义。同时，经过研究发现，关于晶粒增大、晶界减少，陶瓷的Q×f值应该增大的理论，在陶瓷材料晶粒增大到某一程度以上或者陶瓷发生过烧而出现晶粒异常增大时，是与实验事实相违背的，即晶粒大小和晶界变化与陶瓷Q×f值的变化规律仅在某一晶粒粒度范围内才是符合实验事实的。粉末烧结由于在烧结过程中系统的自由能减小，有自动发生的趋势，烧结系统表面和界面自由能以及晶格歧变能的降低是烧结的主要推动力。在一定烧结温度下，液相的多少及分布对材料的烧结致密化起决定性作用。通过在不同烧结时期对烧结过程进行合理的选择和干预可使晶粒大小比例合理、均匀，减少气孔，有利于微波陶瓷材料介电性能的优化。
王莹莹[10]2012年在《低温烧结(Zn_(1-x)Mg_x)_2SiO_4基陶瓷的微波介电性能研究》文中研究指明随着高频段的开发与利用，人们提出了LTCC技术来实现微波器件的迭层式设计以满足信号的高质量与高速度传播，因此在LTCC技术中有广泛应用前景的高微波性能、低烧结温度的低介电常数微波陶瓷成为当今研究的热点。综合考虑材料的性能与成本，本文以(Zn_(1-x)Mg_x)_2SiO_4体系陶瓷为研究对象，通过密度测量、XRD、SEM及介电性能分析获得高性能低烧结温度的(Zn_(1-x)Mg_x)_2SiO_4基微波介质陶瓷。本文确定(Zn_(0.8)Mg_(0.2)_2SiO_4(x=0.2)为(Zn_(1-x)Mg_x)_2SiO_4体系中的最佳成分陶瓷，并发现添加适量的ZrO_2可以改善(Zn_(0.8)Mg_(0.2))_2SiO_4陶瓷的介电性能。经比较后发现添加1.0wt%ZrO_2的99wt%(Zn_(0.8)Mg_(0.2))_2SiO_4+1.0wt%ZrO_2(ZMSZ)陶瓷在1350C烧结3h后具备最佳致密性、低频介电性能：ρ=3.9g·cm~(-3)，εr≈7，tanδ≈10-5(f≈5MHz)以及微波介电性能：r=6.35，Qf=9.33×104GHz，f=-57.9ppm/C。ZMSZ陶瓷因f值偏负而不能直接应用在微波电路中，本文通过复合添加TiO_2对其f值进行了补偿，随着TiO_2的添加复合陶瓷的f值逐渐增大，其中添加9wt%TiO_2的91wt%ZMSZ+9wt%TiO_2(ZMSZT)样品经1240°C/3h烧结后对应谐振频率温度系数被调节至-0.87ppm/C，然而该复合陶瓷的烧结温度较高不能与Ag/Cu低温共烧。单独或复合添加低熔点氧化物B_2O_3与Li_2O均能提高ZMSZT陶瓷的烧结活性从而降低其烧结温度。其中单独添加3wt%B_2O_3的97wt%ZMSZT+3wt%B_2O_3复合体经960°C/3h烧结后获得较好的微波介电性能：r≈9.3，Qf≈2.8×104GHz，τf≈6.3ppm/C；复合添加1wt%B_2O_3+4wt%Li_2O助烧时，对应ZMSZT基复合陶瓷经930°C/3h烧结后获得更好的致密性及微波介电性：ρ=3.86g·cm-3，r≈9.4，Qf≈3×104GHz，τf=-5.7ppm/°C；然而当复合添加3wt%B_2O_3+4wt%Li_2O助烧剂时对应ZMSZT基复合陶瓷体的致密性及微波性能反而变差。因此通过控制添加剂含量能成功地获得应用于LTCC技术中的(Zn_(0.8)Mg_(0.2))_2SiO_4基微波介质陶瓷材料。
参考文献：
[1]. MgO-TiO_2体系微波介质陶瓷材料结构与性能优化研究[D]. 李皓. 电子科技大学. 2016
[2]. Li-Zn-Ti系微波陶瓷改性研究[D]. 罗小慧. 电子科技大学. 2018
[3]. 聚合物前驱体法合成CaTiO_3基微波介质陶瓷的研究[D]. 黄国华. 华中科技大学. 2004
[4]. Ca_5Co_4(VO_4)_6微波介质陶瓷的制备及性能研究[D]. 郑景国. 电子科技大学. 2018
[5]. Ca4La2Ti5O17基微波陶瓷的结构与介电性能研究[D]. 狄洁昌. 桂林电子科技大学. 2012
[6]. 可低温烧结微波介质陶瓷的制备与性能研究[D]. 韦珍海. 桂林理工大学. 2015
[7]. 铌酸钛钴基微波介质陶瓷的制备与性能研究[D]. 张云. 北京科技大学. 2017
[8]. 低温烧结（Zn，Mg）TiO_3微波陶瓷的研究[D]. 赵麒植. 电子科技大学. 2010
[9]. 硅酸盐基低温烧结微波陶瓷材料及其改性机理研究[D]. 窦刚. 华中科技大学. 2013
[10]. 低温烧结(Zn_(1-x)Mg_x)_2SiO_4基陶瓷的微波介电性能研究[D]. 王莹莹. 南京航空航天大学. 2012