低温共烧ZnNb2O6基微波介质陶瓷的制备与研究

论文摘要

ZnNb2O6微波介质陶瓷是近年来开发的新型微波介质陶瓷,该体系具有介电常数适中、品质因素（Qxf）高、频率温度系数可调等特点,但由于烧结温度较高（1200℃）,不能满足与Ag或Cu低温共烧。因此,对该体系改性和低温烧结的研究是很有必要的。本文在回顾了低温烧结微波介质陶瓷发展现状的基础上,结合作者在开发微波介质陶瓷方面的研究,对ZnNb2O6微波介质陶瓷体系进行掺杂和引入烧结助剂等研究,实现ZnNb2O6体系的低温烧结,满足Ag或Cu共烧。本文以ZnNb2O6微波介质陶瓷为研究对象,采用传统的固相反应法制备试样,并用XRD、SEM、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ZnNb2O6微波介质陶瓷烧结性能、晶相组成、显微结构及微波介电性能的影响。掺杂B2O3的ZnNb2O6陶瓷的微波介电性能较好,频率温度系数得到改善,没有出现第二相,添加1wt%B2O3在1050℃烧结4h的ZnNb2O6陶瓷得到较佳的微波介电性能：εr=24.1,Qxf=19502GHz,τf=-52.19ppm/℃。掺杂CuO的ZnNb2O6陶瓷除了铌铁矿结构的单相外,还出现第二相Zn3Nb2O8及少量的Cu0.5Zn0.5Nb2O6加入CuO后品质因素得到恶化,频率温度系数得到改善,添加1wt%CuO在1050℃烧结4h的ZnNb2O6陶瓷得到较佳的微波介电性能：εr=23.87,Qxf=17750GHz,τf=-54.38ppm/℃。掺杂低软化点的ZBS玻璃料能有效的将ZnNb2O6陶瓷的烧结温度从1200℃降低至950℃,降温效果优于B2O3、CuO。添加1wt%ZBS玻璃料在950℃烧结4h的ZnNb2O6陶瓷具有较佳的微波介电性能：εr=23.56,Qxf=19681GHz,τf=-58.54ppm/℃。添加3wt%BCB在875℃烧结4h的ZnNb206陶瓷具有较佳的微波介电性能：εr=23.4,Qxf=13230GHz,τf=-78.41ppm/℃,与Ag电极共烧后的线扫描结果表明：未发生明显的银扩散现象,说明该材料与Ag电极化学兼容性良好,可作为一种新型的LTCC微波介质陶瓷用于制作多层片式微波元器件中。

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第一章文献综述

1.1 前言

1.2 微波介质陶瓷的发展

1.2.1 微波介质陶瓷的发展历史

1.3 微波介质陶瓷的介电性能

1.3.1 相对介电常数

1.3.2 品质因素

1.3.3 谐振频率温度系数

1.4 LTCC技术与微波介质陶瓷的低温烧结

1.4.1 LTCC技术

1.4.2 LTCC技术对微波介质陶瓷材料的要求

1.4.3 微波介质陶瓷的低温烧结

1.5 立题依据及意义

第二章实验过程及样品测试

2.1 样品制备

2.1.1 实验原料

2.1.2 实验仪器与设备

2.1.3 工艺流程

2.2 样品的测试与表征

2.2.1 样品密度测量

2.2.2 物相组成分析

2.2.3 显微结构分析

2.2.4 微波介电性能测试

2O₆微波介质陶瓷的低温烧结研究'>第三章 ZnNb₂O₆微波介质陶瓷的低温烧结研究

3.1 研究背景和目的

3对ZnNb₂O₆陶瓷显微结构与性能的影响'>3.2 掺杂B2O₃对ZnNb₂O₆陶瓷显微结构与性能的影响

3对ZnNb₂O₆陶瓷烧结性能的影响'>3.2.1 掺杂B2O₃对ZnNb₂O₆陶瓷烧结性能的影响

3对ZnNb₂O₆陶瓷相结构和显微组织的影响'>3.2.2 掺杂B2O₃对ZnNb₂O₆陶瓷相结构和显微组织的影响

3对ZnNb₂O₆陶瓷微波性能的影响'>3.2.3 掺杂B2O₃对ZnNb₂O₆陶瓷微波性能的影响

3.2.4 小结

2O₆陶瓷显微结构与性能的影响'>3.3 掺杂CuO对ZnNb₂O₆陶瓷显微结构与性能的影响

2O₆陶瓷烧结性能的影响'>3.3.1 掺杂CuO对ZnNb₂O₆陶瓷烧结性能的影响

2O₆陶瓷相结构和显微组织的影响'>3.3.2 掺杂CuO对ZnNb₂O₆陶瓷相结构和显微组织的影响

2O₆陶瓷微波性能的影响'>3.3.3 掺杂CuO对ZnNb₂O₆陶瓷微波性能的影响

3.3.4 小结

2O₆陶瓷显微结构与性能的影响'>3.4 掺杂ZBS玻璃料对ZnNb₂O₆陶瓷显微结构与性能的影响

2O₆陶瓷烧结性能的影响'>3.4.1 掺杂ZBS玻璃料对ZnNb₂O₆陶瓷烧结性能的影响

2O₆陶瓷相结构和显微组织的影响'>3.4.2 掺杂ZBS玻璃料对ZnNb₂O₆陶瓷相结构和显微组织的影响

2O₆陶瓷微波性能的影响'>3.4.3 掺杂ZBS玻璃料对ZnNb₂O₆陶瓷微波性能的影响

3.4.4 小结

2O₆陶瓷显微结构与性能的影响'>3.5 掺杂BCB对ZnNb₂O₆陶瓷显微结构与性能的影响

2O₆陶瓷烧结性能的影响'>3.5.1 掺杂BCB对ZnNb₂O₆陶瓷烧结性能的影响

2O₆陶瓷相结构和显微组织的影响'>3.5.2 掺杂BCB对ZnNb₂O₆陶瓷相结构和显微组织的影响

2O₆陶瓷微波性能的影响'>3.5.3 掺杂BCB对ZnNb₂O₆陶瓷微波性能的影响

3.5.4 小结

2O₆陶瓷与Ag电极共烧界面研究'>3.6 ZnNb₂O₆陶瓷与Ag电极共烧界面研究

3.7 低温烧结机理研究

第四章结论

4.1 结论

4.2 下一步工作建议

致谢

参考文献

附录A 攻读硕士学位期间发表论文

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