7NiNb_2O_6-9TiO_2陶瓷的低温烧结和微波介电性能研究

【摘要】：随着对小型、轻量、多功能化、高集成度电子产品需求的日益增多，利用低温共烧陶瓷（Low Temperature Co-fired ceramic，LTCC）技术设计和制造微波介质元器件已成为当今的研究热点。此外，选用具有较高介电常数的微波介质陶瓷作为关键材料，可以有效的减小现代通信广泛使用的微波元器件（谐振器、滤波器、介质导波回路等）的尺寸。因此，对高介电微波陶瓷的掺杂改性和低温烧结的研究，对微波元器件的高品质化和小型化的有着重要意义。 纯7NiNb_2O_6-9TiO_2陶瓷具有优良的微波介电性能：εr为68.7（介电常数较高），Q×f为19300GHz，τf为56.6ppm/°C。但其烧结温度高，无法直接与Ag、Cu等低熔点金属电极材料共烧。因此，研究该体系的低温烧结是非常有必要的。本论文以7NiNb_2O_6-9TiO_2陶瓷为基础，研究了添加剂对其烧结特性及微波介电性能的影响，并用X射线衍射、扫描电子显微镜观察其晶相组成和显微结构，用网络分析仪测试微波介电性能。 本文首先用传统固相法制备了7NiNb_2O_6-9TiO_2陶瓷，并添加了CuO和H3BO3作为低烧助剂。研究结果表明：这两种烧结助剂混合添加可以在一定程度上降低7NiNb_2O_6-9TiO_2陶瓷的烧结温度，但效果并不明显（1000°C）；当H3BO3的含量增加时，陶瓷的致密度先升高后降低，但影响不大；随着CuO的增加，陶瓷的致密度明显提高。 随后，本文又单独添加CuO作为烧结助剂。研究结果表明CuO主要以液相的形式存在在晶界中，并未产生第二相，有效的促进了陶瓷的致密并保持了其优良的介电性能。CuO的添加成功的将7NiNb_2O_6-9TiO_2陶瓷的烧结温度从1200°C降低至935°C。添加剂含为3.2wt.%CuO且在935°C烧结的样品拥有较优的微波介电性能：εr=60.5，Q×f=10039GHz和τf=62ppm/°C。同时，在935°C到1005°C的温度区间烧成的7NiNb_2O_6-9TiO_2陶瓷能保持稳定的微波介电性能。