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0.95MgTiO_3-0.05CaTiO_3微波介质陶瓷的低温烧结研究

路晓辉  
【摘要】:微波介质陶瓷是一种新型的功能陶瓷材料,作为电容器、滤波器、谐振器等微波元器件广泛应用于现代卫星传播、移动通信、无线电遥控等领域。近年来,随着的电子信息技术的迅速发展,对微波元器件集成化、小型化、低成本的要求越来越来迫切。利用多层陶瓷共烧(Multilayer Co-fired Ceramics, MLCC)技术是解决这个问题的途径之一。而该技术要求微波介质陶瓷能够与廉价的Ag和Cu共烧。但是目前使用的微波介质陶瓷的烧结温度普遍都比较高(1300°C),因而降低微波介质陶瓷的烧结温度,能够与Ag和Cu共烧是未来的发展方向。 MgTiO3-CaTiO_3陶瓷作为一种重要的微波介质材料近年来在国内外成为研究热点,其原料丰富,成本低廉,广泛应用于制备温度补偿型电容器和谐振器。这种材料是由MgTiO3(εr=20 , Q×f=160000(7GHz) ,τf = - 55ppm/°C)和CaTiO_3(εr=170 , Q×f=3600(7GHz) ,τf =800ppm/°C)组成。当Mg:Ca=95:5时,0.95MgTiO3–0.05CaTiO_3(简写为95MCT)的介电性能为:εr=20 ,Q×f=56000(7GHz) ,τf≈0ppm/°C。然而, 95MCT陶瓷的烧结温度仍高达到1450°C,且烧结范围窄,因此降低其烧结温度、拓宽烧结范围一直是广大材料科学家关注的问题。 BaCu(B_2O_5)(简写为BCB)具有较低的熔点(850°C),在810°C烧结致密时,表现出优良的介电性能εr=7.4,Q×f=50000GHz,τf=-32ppm/°C,最近几年被作为BaSm_2Ti_4O_(12)(简称BST)、CLST以及Ba(Zn_(1/3)Nb_(2/3)O_3(简称BZN)等微波介质陶瓷的烧结助剂而加以应用,可以降低烧结温度,同时又不恶化介电性能。本文回顾了微波介质陶瓷的发展进程,参照其他微波介质陶瓷体系低温烧结的经验,以95MCT陶瓷为研究对象,采用BiVO_4、BaCu(B_2O_5)(简写为BCB)、BaCu(B_2O_5)+ZnO作为烧结助剂,系统研究了添加不同含量的烧结助剂对95MCT陶瓷烧结特性、微观结构及微波介电性能的影响规律,以期获得性能优良的低温烧结95MCT微波介质陶瓷。1.BiVO_4助烧95MCT陶瓷 BiVO_4的添加可以降低烧结温度,但并没有改变95MCT陶瓷的相结构。在1100°C烧结3h,掺入5wt%BiVO4的95MCT陶瓷取得较好的介电性能:εr=18.8,Q=186.7273。 2.BCB助烧95MCT陶瓷BCB的加入能够使95MCT陶瓷的烧结温度从1450°C降至1100°C并有效抑制第二相MgTi_2O_5的形成。在1100°C烧结3h,加入3wt%BaCu(B2O5)(质量分数,下同)的95MCT陶瓷获得了较好的介电性能:εr=22.9,Q×f=25,000GHz,τf =-3.3ppm/°C(7GHz)。 3.BCB+ZnO复合助烧95MCT陶瓷BCB和ZnO的复合掺入能使95MCT陶瓷的烧结温度由1450°C降低至1050°C ,能够与Cu共烧。第二相MgTi_2O_5基本完全消失。掺入3wt%BCB+1wt%ZnO的95MCT陶瓷在1050°C烧结3h后取得了较好的介电性能:εr=20.5,Q×f=21133GHz,τf =-10.1ppm/°C(7GHz)。


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