低介電常數(shù)熔融石英微波介質(zhì)材料的制備.pdf

1、熔融石英具有極低的相對(duì)介電常數(shù)(εr)、較高的品質(zhì)因數(shù)(Q×f)和近零的諧振頻率溫度系數(shù)(τf)，在高頻微波元器件和微波基板等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。本文分別采用固相燒結(jié)法和溶膠凝膠法制備了熔融石英微波介質(zhì)材料，利用X射線衍射儀(XRD)、掃描電鏡(SEM)、傅里葉紅外光譜儀(FTIR)和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀等設(shè)備系統(tǒng)研究了燒結(jié)工藝、燒結(jié)氣氛和制備方法對(duì)材料的物相組成、析晶量、顯微形貌和微波介電性能的影響。
　　首先研究了固相燒結(jié)法的燒

2、結(jié)工藝和退火溫度對(duì)材料的物相組成、顯微形貌和微波介電性能的影響。結(jié)果表明，當(dāng)燒結(jié)溫度過(guò)低或保溫時(shí)間過(guò)短時(shí)，材料中沒(méi)有或只有少量的方石英析出，但材料未燒結(jié)致密，材料的微波介電性能較差；而燒結(jié)溫度過(guò)高或保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，材料雖能燒結(jié)致密，但方石英的析出量顯著增加，引起嚴(yán)重的表面裂紋甚至剝落，使得材料性能下降。同時(shí)，材料經(jīng)適宜的溫度退火處理后，沒(méi)有發(fā)生明顯的物相變化，而材料表面的顯微裂紋減少，材料性能得到提高；而不恰當(dāng)?shù)耐嘶饻囟葎t可能引起鱗石英的

3、析出，反而降低材料性能。經(jīng)1300℃、3h燒結(jié)，且1200℃、3h退火處理后，材料具有良好的微波介電性能：εr=3.77、Q×f=66758GHz、τf=-6.60ppm/℃。
　　采用固相燒結(jié)法，對(duì)不同燒結(jié)氣氛所得熔融石英的物相組成、析晶量、顯微形貌、微波介電性能以及析晶動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，燒結(jié)氣氛對(duì)材料的物相組成沒(méi)有明顯影響，但與空氣燒結(jié)相比，真空、氮?dú)夂吐穹蹮Y(jié)均可提高方石英的初始析出溫度，在不同程度上抑制熔融石英的

4、析晶，從而提高了材料的性能；燒結(jié)溫度為1300℃~1375℃時(shí)，熔融石英的析晶活化能Ea大小依次為：真空＞埋粉＞氮?dú)猓究諝?；并且隨著燒結(jié)溫度的升高，試樣的k值不斷增大，表明方石英的生長(zhǎng)速率均是逐漸增加的。在真空環(huán)境下，經(jīng)1350℃、3h燒結(jié)后，材料具有最佳的微波介電性能：εr=3.83、Q×f=74182GHz、τf=-6.88ppm/℃。
　　與固相燒結(jié)法相比，溶膠凝膠法可以制得顆粒均勻細(xì)小、粉體活性高的SiO2粉體，能夠降低材

5、料的燒結(jié)溫度，因此采用溶膠凝膠法制備熔融石英微波介質(zhì)材料，并對(duì)材料的燒結(jié)特性、物相組成、顯微形貌和微波介電性能進(jìn)行研究。結(jié)果表明：溶膠凝膠法可以將材料的燒結(jié)溫度降至1150℃；溶膠凝膠法制得的粉體表面有較多的硅羥基鍵等缺陷，使得材料發(fā)生整體析晶而非表面析晶；在同等溫度下，細(xì)顆粒粉體制備的試樣具有更高的體積密度，性能也更好；采用粒徑為120nm左右的粉體制備的生坯經(jīng)1150℃、3h燒結(jié)后，具有較佳的微波介電性能：εr=3.59、Q×f=6