CaO-La2O3-Li2O-Nd2O3-TiO2微波介质陶瓷的低温烧结

论文摘要

低温共烧陶瓷技术（Low Temperature Co-fired Ceramic LTCC）是近年来兴起的一种令人瞩目的多学科交叉的整合组件技术,以其优异的机械、电子及热力特性已成为未来电子元件集成化、模组化的首选方式。LTCC技术的核心是研制能与高导电率Ag、Cu、Ni等电极共烧的微波介质陶瓷。目前使用的微波介质陶瓷的烧结温度都比较高（>1300°C）,把微波介质陶瓷的烧结温度降至Ag或Cu的熔点以下已成为今后的研究方向。CaO-La2O3-Li2O-Nd2O3-TiO2 （简写为CLLNT ）是由Ca0.6La0.8/3Ti3和Li1/2Nd1/2TiO3两种频率温度系数相反的材料复合而成,并具有优良的介电性能:介电常数εr为105,品质因数Q·f为7000GHz,频率温度系数τf为4.5ppm/℃,只是其烧结温度过高,远不能满足与Ag、Cu共烧。为降低成本,一般采用添加烧结助剂的方法来降低烧结温度。ZnO-B2O3-SiO2（简称ZBS）玻璃、ZnO-B2O3-La2O3 （简称ZBL）玻璃都具有较低的软化点,最近几年被作为Ca[（Li1/3Nb2/3）0.95Zr0.15]O3+δ、MgTiO3-CaTiO3、BaTi4O9等微波介质陶瓷的烧结助剂,能显著降低体系的烧结温度。但是CLLNT陶瓷掺杂助烧研究却未见报道。因此,本文通过在CLLNT陶瓷中添加ZBS、ZBL、LiF,旨在降低该体系烧结温度,同时保持良好的介电性能,并初步探讨了烧结助剂的掺入对体系烧结特性、相组成、微观形貌和介电性能的影响。1. ZBS玻璃和ZBL玻璃助烧选用ZnO, B2O3, SiO2, La2O3合适的配比制成ZnO-B2O3-SiO2（ZBS）玻璃、ZnO-B2O3-La2O3（ZBL）玻璃,分别加入适量的ZBS、ZBL玻璃作为烧结助剂可以使CLLNT陶瓷的烧结温度由1400°C降至1050°C。玻璃的掺杂没有改变CLLNT陶瓷的主晶相。添加4wt%ZBS玻璃的CLLNT陶瓷获得最佳介电性能:εr= 76,tanδ= 0.0078,τf = 8ppm/°C（1MHz）;添加15% ZBL玻璃的CLLNT陶瓷获得最佳介电性能:εr=66,tanδ= 0.0078,τf =–6ppm/°C（1MHz）。2. ZBS玻璃和LiF复合助烧单独添加ZBS玻璃和ZBL玻璃只能将CLLNT陶瓷的烧结温度降至1050℃,而介电常数从105分别降到76、66。复合添加4%ZBS-1%LiF可将陶瓷的烧结温度进一步降低至1000°C,并且介电常数相对较高。复合烧结助剂的加入仍未改变CLLNT陶瓷的钙钛矿结构,添加4%ZBS-1%LiF的CLLNT陶瓷在1000℃烧3h结获得最佳介电性能为:εr=98,Q·f =1386GHz,τf =42ppm /°C（4GHz）。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号表
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.1.1 微波介质陶瓷的发展
• 1.1.2 主要微波介质陶瓷的研究成果
• 1.2 LTCC 的概况
• 1.3 极化理论
• 1.3.1 介质的极化
• 1.3.2 陶瓷介质的极化
• 1.4 微波介质陶瓷的低温助烧
• 1.4.1 微波介质陶瓷的液相烧结机理
• 1.4.2 微波介质陶瓷低温烧结的机理
• 1.5 立题依据与研究内容
• 1.5.1 立题依据
• 1.5.2 研究内容
• 第2章 试样的制备与表征分析
• 2.1 实验原料
• 2.2 实验方案设计
• 2.2.1 基体材料和烧结助剂的制备
• 2.2.2 样品制备过程
• 2.3 试样的表征
• 2.3.1 体积密度
• 2.3.2 X 射线衍射分析
• 2.3.3 SEM 分析
• 2.3.4 介电性能分析
• 第3章 ZBL、ZBS 助烧 CLLNT 陶瓷的介电性能
• 3.1 前言
• 3.2 添加ZBS 或ZBL 低温烧结CLLNT 的研究
• 3.2.1 烧结特性
• 3.2.2 物相分析
• 3.2.3 SEM 分析
• 3.2.4 介电性能分析
• 3.3 小结
• 第4章 复合烧结助剂 ZBS-LiF 对 CLLNT 介电性能的影响
• 4.1 前言
• 4.1.1 烧结特性
• 4.1.2 物相分析
• 4.1.3 SEM 分析
• 4.1.4 介电性能分析
• 4.2 小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 缩略语词汇表
• 附录 A 实验仪器与设备
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果