Li2MgSiO4基微波介質(zhì)陶瓷的低溫燒結(jié)及微波介電性能.pdf

1、隨著通信頻率進一步向高頻范圍拓展，低介陶瓷材料在介質(zhì)基板和微波天線及高端或高頻微波元器件等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，低介電常數(shù)(ε r<10)和超高品質(zhì)因數(shù)Q的微波介質(zhì)陶瓷材料成為介質(zhì)材料研究的熱點。而LTCC 技術(shù)是實現(xiàn)微波元器件向高頻、高速、輕質(zhì)、薄型等方向發(fā)展的重要途徑，因此，降低微波介質(zhì)陶瓷燒結(jié)溫度，使其能夠同低成本的金屬（Ag、Cu ）共燒也是目前研究的主要方向。
　　 Li2MgSiO4基微波介質(zhì)陶瓷具有較低的介電常數(shù)(ε

2、r=5.1)極低的介電損耗(tan δ=5.2 ×10 -4 )，但是對該材料進行系統(tǒng)的低燒及改性研究罕有報道。本文選取Li2MgSiO4基低介電常數(shù)微波介質(zhì)陶瓷作為研究對象，研究了Li2MgSiO4的預(yù)處理制度、燒結(jié)制度對陶瓷燒結(jié)性能和微波介電性能的影響，以確定最佳制備工藝；分別采用B2O3、ZnO-B2O3-SiO2 玻璃(ZBS)作為其燒結(jié)助劑，研究了其低溫燒結(jié)性能；采用預(yù)燒后的CaO-TiO2 以合成CaTiO3，以調(diào)整ZnO-

3、B2O3 -SiO2(玻璃)助燒的Li2MgSiO4 陶瓷的τ f。具體研究內(nèi)容和結(jié)果如下所示：
　　 （1)研究了Li2MgSiO4的微觀結(jié)構(gòu)與介電性能。根據(jù)混勻的Li2MgSiO4 陶瓷原始粉料的DTA-TG 曲線，初步確定材料的預(yù)燒溫度，再根據(jù)其預(yù)燒溫度、燒結(jié)溫度、燒結(jié)時間對燒結(jié)性能和微波介電性能的影響，確定最佳制備工藝。研究發(fā)現(xiàn)，預(yù)燒溫度為850 °C，在1250 °C 下燒結(jié)2 h，介電性能最佳：ε r=5.29，Q

4、f=12600 GHz，τ f=-170ppm/°C。
　　 （2)研究了B2O3、ZBS 燒結(jié)助劑對陶瓷燒結(jié)特性和微波介電性能的影響，實驗發(fā)現(xiàn)，添加2wt%的B2O3 或ZBS分別將燒結(jié)溫度降至810 °C和960 °C，且具有較好的微波介電性能。其中2wt%B2O3+Li2MgSiO4 陶瓷的介電性能為：ε r=5.83，Q f=107000GHz，τ f=-217ppm/°C，而2wt%ZBS+Li2MgSiO4 陶瓷的介

5、電性能為：ε r=6.48，Q ?f=74,100GHz，τ f=-163ppm/°C。
　　 （3)添加CaTiO3粉體對 ZBS 助燒的Li2MgSiO4 陶瓷的τ f 進行改進，實驗發(fā)現(xiàn)，該粉體可有效改善Li2MgSiO4 陶瓷的τ f 至近零，但是其Q 值急劇降低、介電常數(shù)增大。添加30mol%的CaTiO3粉體后，1000 °C 燒結(jié)2 h的微波介電性能為：ε r=13.8，Q f=10600GHz，τ f=-7 pp