鋰基微波介質(zhì)陶瓷的制備與性能研究.pdf

1、微波介質(zhì)陶瓷是應(yīng)用于微波頻段(300 MHz-300 GHz)電路中作為介質(zhì)材料并完成多種功能的陶瓷。隨著現(xiàn)代微波移動(dòng)通訊技術(shù)的快速發(fā)展，微波介質(zhì)陶瓷已經(jīng)成為近年來(lái)國(guó)內(nèi)外電介質(zhì)材料研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)方向。本文采用傳統(tǒng)固相法制備了高性能的鋰基微波介質(zhì)陶瓷Li2Mg3BO6(B=Zr，Sn)，并通過(guò)氣氛控制燒結(jié)、非化學(xué)計(jì)量，加入燒結(jié)助劑和形成復(fù)相等方法對(duì)Li2Mg3BO6(B=Zr，Sn)進(jìn)行燒結(jié)和性能優(yōu)化。通過(guò)XRD，SEM，EDS及矢量網(wǎng)絡(luò)

2、分析儀系統(tǒng)地研究了制備工藝、相結(jié)構(gòu)、微觀形貌等對(duì)微波介電性能的影響。本論文的主要研究工作如下:
　　在論文第一部分，利用非化學(xué)計(jì)量法成功制得Li2Mg3ZrO6陶瓷純相，并借助富鋰氣氛控制燒結(jié)工藝抑制了Li2(1+x)Mg3ZrO6陶瓷燒結(jié)過(guò)程中鋰的揮發(fā)和第二相的產(chǎn)生，促進(jìn)了液相生成，降低了燒結(jié)溫度。XRD和Rietveld精修結(jié)果以及SEM結(jié)果表明陶瓷中雜相量明顯減少，微觀形貌更加致密。最終獲得了Q×f值為150000GHz-3

3、00000 GHz(@9.84-9.88GHz)的微波介質(zhì)陶瓷。當(dāng)x=0.06的樣品在1275℃燒結(jié)6h時(shí)，可獲得最優(yōu)微波介電性能:εr=12.8，Q×f=307319 GHz(@9.88 GHz)，τf=-35 ppm/℃。憑借理想的微波介電性能，這種具有超低損耗的Li2Mg3BO6(B=Zr,Sn)陶瓷經(jīng)過(guò)進(jìn)一步改性有可能會(huì)成為適用于低溫共燒陶瓷技術(shù)(LTCC)的陶瓷材料。
　　在論文第二部分，研究了燒結(jié)助劑LiF對(duì)Li2Mg

4、3SnO6陶瓷燒結(jié)行為及微波介電性能的影響，制備出具有優(yōu)異微波介電性能的Li2Mg3SnO6-x wt.％ LiF陶瓷。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，燒結(jié)助劑LiF能成功在燒結(jié)過(guò)程中引入液相燒結(jié)機(jī)制，降低燒結(jié)溫度，優(yōu)化Li2Mg3SnO6陶瓷的燒結(jié)工藝和微觀形貌。XRD結(jié)果表明，在875℃-1100℃范圍內(nèi)，Li2Mg3SnO6陶瓷為純的立方結(jié)構(gòu)陶瓷;當(dāng)溫度低于850℃時(shí)，會(huì)發(fā)生Li2Mg3SnO6到Li4MgSn2O7的相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變;當(dāng)溫度高于1150

5、℃時(shí)，陶瓷中有Mg2SnO4雜相產(chǎn)生。通過(guò)添加2-4 wt.％ LiF燒結(jié)助劑，在875℃-1100℃燒結(jié)6h可得到εr=11-12，Q×f=120000-240000 GHz(@9.99-11.60 GHz)，τf～40 ppm/℃的純相Li2Mg3SnO6微波介質(zhì)陶瓷。當(dāng)燒結(jié)溫度為1150℃時(shí)，x=2的樣品具有最優(yōu)微波介電性能:εr=10.7，Q×f=330461 GHz(@10.40 GHz)，τf=-42 ppm/℃。當(dāng)燒結(jié)溫度

6、為875℃時(shí)，x=4組成具有優(yōu)異的微波介電性能:εr=11.6，Q×f=155424GHz(@9.98 GHz)，τf=-35.5 ppm/℃，證明Li2Mg3SnO6微波介質(zhì)陶瓷在LTCC技術(shù)方面應(yīng)用潛力很大。
　　最后，通過(guò)將Ba3(VO4)2與Li2Mg3SnO6-3 wt.％ LiF形成復(fù)相陶瓷調(diào)節(jié)了基體Li2Mg3SnO6-3 wt.％ LiF的溫度系數(shù)τf。XRD、SEM及EDS分析結(jié)果表明Ba3(VO4)2與Li2M

7、g3SnO6在陶瓷中以復(fù)相形式均勻分布，晶界明顯，微觀結(jié)構(gòu)均勻致密，且可與銀共燒。Ba3(VO4)2一定程度上惡化了基體的品質(zhì)因數(shù)，但是能有效調(diào)節(jié)基體的溫度系數(shù)，提高材料致密度，降低基體的燒結(jié)溫度。在設(shè)計(jì)組成范圍內(nèi)陶瓷的τf近零并可通過(guò)改變Ba3(VO4)2含量實(shí)現(xiàn)微調(diào)。復(fù)相陶瓷具有優(yōu)異的微波介電性能:εr=12.6-13,Q×f=79761-99230 GHz(@12.67-12.94GHz)，適用于LTCC技術(shù)，性能優(yōu)勢(shì)明顯，是具有