低温烧结Ba6-3xSm8+2xTi18O54微波介质陶瓷介电性能的研究

论文摘要

Ba6-3xSm8+2xTi18O54固溶体是典型的高介电常数微波介质陶瓷,在微波通讯技术中有着重要的应用。本研究选用Ba6-3xSm8+2xTi18O54体系为基体材料,选用低软化点玻璃料为烧结助剂,采用XRD、SEM、TG-DTA、微波介电性能测试等分析方法,系统研究了各种烧结助剂对Ba6-3xSm8+2xTi18O54微波介质陶瓷低温烧结性能、晶相组成、显微结构及微波介电性能的影响。研究结果主要有以下几个方面:采用传统固相法制备了Ba6-3xSm8+2xTi18O54系列微波介质陶瓷材料,研究该体系的预烧温度、晶相组成、烧结性能和微波介电性能。结果表明:预烧温度在1200℃,可以生成单一的BaSm2Ti4O12相;最佳烧结温度为1380℃;当x=0.5时,1380℃保温3小时,BaSm2Ti4O12材料具有优良的微波介电性能:εr=81.73,Qf=7568GHz,τf=-9.82 ppm/℃。选用低软化点玻璃料BaO-B2O3-SiO2（BBS）和Li2O-B2O3-SiO2-CaO-Al2O3（LBSCA）为烧结助剂,对BaSm2Ti4O12微波介质陶瓷的低温烧结性能进行了研究。研究结果表明,添加以上烧结助剂的各组分陶瓷的主晶相均为BaSm2Ti4O12相,添加剂以玻璃相形式存在于陶瓷晶粒间。单独添加10-20wt.%BBS,可将BaSm2Ti4O12烧结温度降低至1050℃,其中添加10wt.%BBS玻璃料的微波介质陶瓷具有良好的微波介电性能:εr=54.93,Qf=3736GHz,τf=-11.4ppm/℃。掺入10wt.%LBSCA玻璃料能有效地将BaSm2Ti4O12陶瓷的烧结温度由1380℃降低至925℃且具有良好的微波介电性能:εr=53.81,Qf=4580GHz,τf=-11.6ppm/℃。添加10wt.%LBSCA和3wt.%BBS的复合烧结助剂,可获得在900℃,保温2h条件下完全烧结致密的微波介质陶瓷,且具有良好的微波介电性能:εr=55.63,Qf=4266GHz,τf=-13.5 ppm/℃。本研究通过对Ba6-3xSm8+2xTi18O54系微波介质陶瓷低温烧结与微波介电性能的研究,得到了一种烧结温度900℃,性能优良的微波介质陶瓷,该陶瓷有望与纯Ag电极共烧,应用到LTCC领域。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 2 文献综述
• 2.1 微波介质陶瓷的介电特性
• 2.1.1 相对介电常数
• 2.1.2 品质因数
• 2.1.3 谐振频率温度系数
• 2.2 微波介质陶瓷的研究现状
• 2.2.1 微波介质陶瓷的发展历史
• 2.2.2 微波介质陶瓷主要体系的研究现状
• 2.2.3 低温烧结微波介质陶瓷的研究现状
• 6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄系微波介质低温化研究现状'>2.2.4 Ba_6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄系微波介质低温化研究现状
• 2.3 本课题的提出及意义
• 6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄系统微波介质低温烧结研究内容'>2.4 Ba_6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄系统微波介质低温烧结研究内容
• 3 实验内容
• 3.1 样品制备
• 3.1.1 实验原料
• 3.1.2 实验仪器与设备
• 3.1.3 基体材料和烧结助剂的制备
• 3.1.4 工艺流程
• 3.2 样品的测试与表征
• 3.2.1 热分析
• 3.2.2 样品密度测量
• 3.2.3 物相组成分析
• 3.2.4 显微结构分析
• 3.2.5 微波介电性能测试
• 6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄陶瓷的微波介电性能研究'>4 Ba_6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄陶瓷的微波介电性能研究
• 4.1 研究背景
• 6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄陶瓷的微波介电性能研究'>4.2 Ba_6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄陶瓷的微波介电性能研究
• 4.2.1 预烧温度的确定
• 6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄陶瓷的显微结构分析'>4.2.2 Ba_6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄陶瓷的显微结构分析
• 6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄陶瓷的烧结性能'>4.2.3 Ba_6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄陶瓷的烧结性能
• 6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄陶瓷的微波介电性能'>4.2.4 Ba_6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄陶瓷的微波介电性能
• 4.3 本章小结
• 6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄微波介质陶瓷的低温烧结研究'>5 Ba_6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄微波介质陶瓷的低温烧结研究
• 5.1 前言
• 6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄微波介质陶瓷的低温烧结研究'>5.2 添加BBS玻璃料的Ba_6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄微波介质陶瓷的低温烧结研究
• 5.2.1 样品的烧结性能
• 5.2.2 样品的物相组成
• 5.2.3 样品的显微结构分析
• 5.2.4 样品的微波介电性能
• 5.2.5 小结
• 5.3 添加LBSCA玻璃料的BST微波介质陶瓷的低温烧结研究
• 5.3.1 烧结助剂LBSCA的TG-DTA分析
• 5.3.2 样品的烧结性能
• 5.3.3 样品的物相组成
• 5.3.4 样品的显微结构分析
• 5.3.5 样品的微波介电性能
• 5.3.6 小结
• 5.4 复合添加LBSCA和BBS玻璃料的BST微波介质陶瓷的低温烧结研究
• 5.4.1 样品的烧结性能
• 5.4.2 样品的物相分析
• 5.4.3 样品的显微结构分析
• 5.4.4 样品的微波介电性能
• 5.4.5 小结
• 5.5 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献