CSLST微波介质陶瓷的水基流延工艺与性能研究

论文摘要

随着通讯技术的迅猛发展,将微波介质陶瓷材料应用于低温共烧陶瓷（Low Temperature Co-fired Ceramics简称LTCC）已成为当今的发展重点和方向。本研究选用（Ca18/19Sr1/19）0.2（Li0.5Sm0.5）0.8TiO3（CSLST）高介电常数微波介质陶瓷为基体材料,通过添加B2O3-CuO-Li2CO3（BCL）玻璃料为烧结助剂,改变粉体颗粒度等方法对该微波介质陶瓷进行低温烧结研究,进一步以该低温共烧粉体为基料,研究其水基流延成型工艺,初步探索了该材料与Ag电极的共烧行为,获得了可实用化的CSLST系低温共烧微波介质陶瓷材料。（1）通过选用BCL烧结助剂、降低粉体颗粒度对CSLST微波介质陶瓷的低温烧结性能进行研究。研究结果表明：添加2wt%BCL烧结助剂的CSLST粉体粒径均匀分布在0.1～0.4μm之间,d50为0.170μm,比表面积达到35.2 m2/g时,可以在875℃保温5h完全烧结。其微波介电性能为：介电常数εr=81.3,品质因数Q×f=1886GHz,频率温度系数τf=-27.6×10-6/℃。（2）以苯丙乳液为粘结剂,聚丙烯酸（PAA）为分散剂,丙三醇为增塑剂,去离子水为分散介质,对添加烧结助剂BCL玻璃的CSLST微波介质陶瓷粉体进行水基流延成型工艺的研究。通过研究pH值、固含量和各种添加剂含量对浆料分散性以及流变性能的影响,得出了适合流延的浆料配方为：调节浆料pH值至10,陶瓷粉料62.5-66.6wt%,分散剂1wt%,粘结剂10-14wt%,增塑剂与粘结剂比例为0.25,该浆料适合于流延成型。采用除泡剂正丁醇和真空脱泡机共用的方法可以有效排除水基流延浆料中的气泡,流延后在40℃-60℃干燥可制备均匀无裂纹的流延膜片。（3）对流延膜片进行热重差热分析,得出其排胶与烧成制度。将流延膜片叠层后在875℃下烧结具有较佳的微波介电性能：εr=75.8,Q xf= 1422GHz,τf=13.39×10-6℃。研究了不同含量BCL烧结助剂的CSLST水基膜片上印刷Ag电极后与银共烧的行为,发现BCL烧结助剂含量过多时,在高温下会与Ag发生反应,Ag线条收缩较大。当BCL烧结助剂含量为2wt%的CSLST微波介质陶瓷水基流延膜片在875℃烧结时,银线条收缩率较低,为10%。通过对CSLST微波介质陶瓷的低温烧结和水基流延的研究,获得了一种烧结温度低、性能优良的微波介质陶瓷材料,并针对该材料研究得出了合适的水基流延配方,可满足LTCC技术要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 2 文献综述
• 2.1 LTCC技术的现状与前景
• 2.1.1 LTCC技术特点
• 2.1.2 LTCC技术工艺流程
• 2.1.3 LTCC技术对陶瓷材料的要求
• 2.2 LTCC微波介质陶瓷的研究现状
• 2.3 微波介质材料低温烧结途径
• 2O-Ln₂O₃-TiO₂系微波介质陶瓷的简介'>2.4 CaO-Li₂O-Ln₂O₃-TiO₂系微波介质陶瓷的简介
• 2O-Ln₂O₃-TiO₂系微波介质陶瓷'>2.4.1 CaO-Li₂O-Ln₂O₃-TiO₂系微波介质陶瓷
• 2O-Ln₂O₃-TiO₂低温烧结研究现状'>2.4.2 CaO-Li₂O-Ln₂O₃-TiO₂低温烧结研究现状
• 2.4.3 微波介质陶瓷的流延成型
• 2.5 流延成型工艺的介绍
• 2.5.1 非水基流延成型
• 2.5.2 水基流延成型
• 2.6 影响水基流延成型的因素
• 2.6.1 溶剂水的影响
• 2.6.2 粘结剂的影响
• 2.6.3 分散剂的影响
• 2.6.4 增塑剂的影响
• 2.7 本研究的内容及研究意义
• 3 实验内容
• 3.1 含BCL烧结助剂的CSLST粉体的制备
• 3.1.1 实验原料
• 3.1.2 实验仪器与设备
• 3.1.3 CSLST基体材料和BCL烧结助剂的制备
• 3.1.4 工艺流程
• 3.2 水基流延膜片的制备
• 3.2.1 实验原料及试剂
• 3.2.2 实验仪器与设备
• 3.2.3 工艺流程
• 3.3 样品的测试与表征
• 3.3.1 沉降实验
• 3.3.2 粘度测试
• 3.3.3 粉体粒度分布测试
• 3.3.4 热分析
• 3.3.5 样品体积密度测量
• 3.3.6 显微结构分析
• 3.3.7 物相组成分析
• 3.3.8 微波介电性能测试
• 4 CSLST微波介质陶瓷低温烧结的研究
• 4.1 引言
• 4.2 添加BCL烧结助剂的CSLST微波介质陶瓷低温烧结
• 4.3 含BCL烧结助剂的CSLST粉体的制备
• 4.3.1 球磨时间对粉体颗粒度的影响
• 4.3.2 粉体的微观结构分析
• 4.4 样品的烧结性能
• 4.5 样品的物相分析
• 4.6 样品的微观结构
• 4.7 样品的微波介电性能
• 4.8 小结
• 5 添加BCL烧结助剂的CSLST微波介质陶瓷水基流延研究
• 5.1 含BCL烧结助剂的CSLST粉体的分散
• 5.1.1 pH值对含BCL的CSLST粉体沉降行为的影响
• 5.1.2 分散剂对含BCL的CSLST浆料的影响
• 5.1.3 含BCL的CSLST的固含量对浆料的影响
• 5.1.4 球磨时间对含BCL的CSLST粉体浆料的影响
• 5.1.5 小结
• 5.2 含BCL烧结助剂的CSLST水基流延浆料的制备与成膜
• 5.2.1 粘结剂对含BCL的CSLST浆料的影响
• 5.2.2 增塑剂对含BCL的CSLST浆料的影响
• 5.2.3 含BCL的CSLST浆料的除泡工艺
• 5.2.4 含BCL的CSLST浆料的干燥与成膜
• 5.2.5 小结
• 5.3 含BCL的CSLST水基流延膜片的性能与烧结
• 5.3.1 流延膜片的烧结
• 5.3.2 流延膜片的物相分析
• 5.3.3 流延膜片的显微结构
• 5.3.4 陶瓷的微波介电性能
• 5.3.5 流延膜片与Ag共烧
• 5.3.6 小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献