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BaO-Nd_2O_3-TiO_2系统微波介质陶瓷低温烧结

陈尚坤  
【摘要】: 低温烧结微波介质陶瓷材料研究近年受移动通信事业的推动,发展非常迅速,为了满足微波器件小型化的需要,迫切需要开发高介电常数的低温烧结微波介质材料。Ba_(6-3x)Ln_(8+2x)Ti_(18)O_(54)(Ln为Sm、Nd、La等稀土元素)固溶体是典型的高介电常数微波介质陶瓷(ε>80),在微波通讯技术中有着重要的应用。 根据陶瓷-银电极共烧要求,本文选用Bi_2O_3、BaCuO_2-CuO(简称BCC)、ZnO-B_2O_3-SiO_2(ZBS)、BaO-B2O_3-SiO_2(简称BBS),系统研究了烧结条件及成分变化对Ba_(6-3x)Yd_(8+2x)Ti_(18)O_(54)高介电常数微波介质陶瓷的烧结性能、相组成、显微结构和微波介电性能之间的关系。在此基础上,先利用Bi部分置换Nd,再掺加BCC/ZBS、BCC/BBS助剂,协同降低Ba_(6-3x)Nd_(8+2x)Ti_(18)O_(54)陶瓷的烧结温度并协调微波介电性能。 (一)基础配方的选择及改性优化 Ba_(6-3x)Nd_(8+2x)Ti_(18)O_(54)陶瓷在0.5≤x≤0.8范围内,随着x的增加,介电常数呈下降趋势,在x=2/3时出现异常增大现象;Q·f值则先增后减。x=2/3,陶瓷为纯净的单相固溶体,Q·f达到最大值,x>2/3,有第二相Nd_2Ti_2O_7出现,导致Q·f下降。在用Bi对Nd置换的陶瓷中,随着Bi置换量的增加,致密化烧结温度降低,介电常数增加,而Q·f保持在较高的数值。 (二) 单一助剂BCC降低烧结温度 Ba_(6-3x)Nd_(8+2x)Ti_(18)O_(54)陶瓷致密化温度先随BCC量的增加而下降,随之基本保持变化。掺加量2.5~15wt%时,烧结温度均在1150℃,这与BCC的低共熔点温度较高密切相关,单一掺加BCC助剂降低烧结温度效果有限。BCC相作为第2相分布在晶界或晶粒处,Ba_(6-3x)Nd_(8+2x)Ti_(18)O_(54)陶瓷介电常数和Q·f值随BCC添加量增加而下降。 (三)复合助剂低温烧结研究 采用ZBS/BCC、BBS/BCC复合助剂,促使Ba_(6-3x)Nd_(8+2x)Ti_(18)O_(54)陶瓷在较低温度下结晶充分,可以与Cu、Ag电极共烧。固定BCC添加量,随着ZBS、BBS添加量增加,介电常数先降低后上升,并保持良好的Q·f值。Ba_4(Nd_(0.85)Bi_(0.15))_(28/3)Ti_(18)O_(54)陶瓷在复合添加2.5wt%BaCuO_2-CuO和5wt%BaO-B_2O_3-SiO_2后可以在950℃烧结成致密瓷,在5.6GHz,介电常数ε为60.25,Q·f值为2577GHz,频率温度系数τ_f为+25.1ppm/℃。 本研究通过对Ba_(6-3x)Nd_(8+2x)Ti_(18)O_(54)陶瓷体系的配方改性和复合添加烧结助剂,得到了一种性能优良、可用于多层片式微波频率器件的低温烧结微波介质陶瓷。


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