新型鎢錳鐵礦型微波介質(zhì)陶瓷性能及低溫燒結(jié)研究.pdf

1、開發(fā)新型超低損耗的微波介質(zhì)陶瓷材料一直是材料科學領(lǐng)域的研究熱點。最近，一種鎢錳鐵礦型AZrNb2O8陶瓷吸引了廣大研究者的目光。該類陶瓷是一種中介電常數(shù)微波介質(zhì)材料，具有超低介電損耗。然而該類陶瓷的燒結(jié)溫度高于1200℃，很難滿足微波器件應(yīng)用的要求。目前有關(guān)其低溫燒結(jié)的研究鮮有報道。本文首先對AZrNb2O8（A: Mg、 Zn、Co）微波介質(zhì)陶瓷的燒結(jié)工藝、晶體結(jié)構(gòu)及介電性能進行了研究。然后對該陶瓷體系進行了離子取代、低溫燒結(jié)，以及與

2、Ag、Ag/Pd電極的化學兼容性的研究。主要工作及結(jié)果如下:
　　(1)優(yōu)化了MgZrNb2O8、ZnZrNb2O8、CoZrNb2O8三種微波介質(zhì)陶瓷的燒結(jié)工藝，深入研究了陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)與介電性能的關(guān)系。其中MgZrNb2O8最優(yōu)的微波介電性能為:εr=25.67，Qf=109400GHz，τf=-48.78 ppm/℃(1325℃);ZnZrNb2O8最優(yōu)的微波介電性能為:εr=28.78，Qf=81520GHz，τf=-52

3、.95 ppm/℃(1200℃); CoZrNb2O8最優(yōu)的微波介電性能為:εr=26.41，Qf=44766GHz，τf=-44.28ppm/℃(1225℃)。利用Rietveld結(jié)構(gòu)精修測定了晶體結(jié)構(gòu)信息，揭示了離子極化率、原子堆積密度、氧八面體畸變對介電常數(shù)、品質(zhì)因素和頻率溫度系數(shù)的影響。
　　(2)制備了Mg1-xZnxZrNb2O8(x=0.1、0.3、0.5、0.7、0.9)微波介質(zhì)陶瓷。ZnO的引入能夠促進Mg1-x

4、ZnxZrNb2O8陶瓷的燒結(jié)，降低體系燒結(jié)溫度。研究發(fā)現(xiàn)Mg0.5Zn0.5ZrNb2O8為單相，同樣具有鎢錳鐵結(jié)構(gòu)，該陶瓷具有較寬的燒結(jié)溫度范圍(1175℃-1275℃)，在1200℃燒結(jié)的樣品具有優(yōu)異的介電性能:εr=27.24，Qf=75399GHz，τf=-63.88ppm/℃。利用Rietveld結(jié)構(gòu)精修測定了Mg0.5Zn0.5ZrNb2O8的晶體結(jié)構(gòu)和相關(guān)結(jié)構(gòu)信息，并且研究了不同Mg/Zn摩爾比對體系晶體結(jié)構(gòu)、微觀形貌及

5、介電性能的影響。
　　(3)制備了Zn1-xCoxZrNb2O8(x=0.1、0.3、0.5、0.7、0.9)陶瓷。所有組分的陶瓷在1175℃-1250℃溫度范圍都具有良好的燒結(jié)特性，體積相對密度都在94％以上。通過Rietveld結(jié)構(gòu)精修揭示了Zn1-xCoxZrNb2O8體系的晶體結(jié)構(gòu)特點，并研究了不同Zn/Co摩爾比對體系微觀形貌及介電性能的影響。介電常數(shù)和Qf值均隨著Co含量增加逐漸降低，這與體系離子極化率和原子堆積密度變

6、化有關(guān)。Zn1-xCoxZrNb2O8陶瓷具有良好的介電性能（εr=26.59～26.1;Qf=45146～65290GHz;τf=-57.13～-44.28ppm/℃）。
　　(4)研究了BaCu(B2O5)助劑對ZnZrNb2O8陶瓷燒結(jié)特性、物相組成及介電性能的影響。當BaCu(B2O5)添加量少于3wt％時，體系為純ZnZrNb2O8相。過量的BaCu(B2O5)會導致體系出現(xiàn)少量的Ba3Nb8O21、BaNb2O6雜相。

7、由于液相燒結(jié)的原因，BaCu(B2O5)的加入能將ZnZrNb2O8陶瓷燒結(jié)溫度由1200℃降至950℃。添加3wt％ BaCu(B2O5)的ZnZrNb2O8陶瓷在950℃燒結(jié)4h所得的樣品具有優(yōu)良的微波介電性能:εr=28.4，Qf=56720GHz，τf=-52.8ppm/℃，而且陶瓷與Ag電極具有良好的化學兼容性，τf調(diào)節(jié)之后有望應(yīng)用于LTCC技術(shù)。
　　(5)研究了BaCu(B2O5)助劑對MgZrNb2O8陶瓷燒結(jié)特性

8、、物相組成及介電性能的影響。少量BaCu(B2O5)的加入引入了一定量的液相，促進了MgZrNb2O8陶瓷的燒結(jié)，能將燒結(jié)溫度由1325℃降至1100℃。然而，當BaCu(B2O5)添加量超過2wt％時，體系出現(xiàn)了Ba3Nb8O21雜相。添加2wt％ BaCu(B2O5)的MgZrNb2O8陶瓷在1100℃燒結(jié)所得的樣品具有優(yōu)異的微波介電性能:εr=25.96，Qf=65064GHz，τf=-47ppm/℃，而且陶瓷與Ag/Pd電極具有