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)代微波移動通訊技術的快速發(fā)展，微波介質(zhì)陶瓷已經(jīng)成為近年來國內(nèi)外電介質(zhì)材料研究領域的熱點方向。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)，并通過氣氛控制燒結、非化學計量，加入燒結助劑和形成復相等方法對Li2Mg3BO6(B=Zr，Sn)進行燒結和性能優(yōu)化。通過XRD，SEM，EDS及矢量網(wǎng)絡

2、分析儀系統(tǒng)地研究了制備工藝、相結構、微觀形貌等對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，利用非化學計量法成功制得Li2Mg3ZrO6陶瓷純相，并借助富鋰氣氛控制燒結工藝抑制了Li2(1+x)Mg3ZrO6陶瓷燒結過程中鋰的揮發(fā)和第二相的產(chǎn)生，促進了液相生成，降低了燒結溫度。XRD和Rietveld精修結果以及SEM結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x=0.06的樣品在1275℃燒結6h時，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)過進一步改性有可能會成為適用于低溫共燒陶瓷技術(LTCC)的陶瓷材料。
　　在論文第二部分，研究了燒結助劑LiF對Li2Mg

4、3SnO6陶瓷燒結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。實驗結果表明，燒結助劑LiF能成功在燒結過程中引入液相燒結機制，降低燒結溫度，優(yōu)化Li2Mg3SnO6陶瓷的燒結工藝和微觀形貌。XRD結果表明，在875℃-1100℃范圍內(nèi)，Li2Mg3SnO6陶瓷為純的立方結構陶瓷;當溫度低于850℃時，會發(fā)生Li2Mg3SnO6到Li4MgSn2O7的相結構轉(zhuǎn)變;當溫度高于1150

5、℃時，陶瓷中有Mg2SnO4雜相產(chǎn)生。通過添加2-4 wt.％ LiF燒結助劑，在875℃-1100℃燒結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。當燒結溫度為1150℃時，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/℃。當燒結溫度

6、為875℃時，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技術方面應用潛力很大。
　　最后，通過將Ba3(VO4)2與Li2Mg3SnO6-3 wt.％ LiF形成復相陶瓷調(diào)節(jié)了基體Li2Mg3SnO6-3 wt.％ LiF的溫度系數(shù)τf。XRD、SEM及EDS分析結果表明Ba3(VO4)2與Li2M

7、g3SnO6在陶瓷中以復相形式均勻分布，晶界明顯，微觀結構均勻致密，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，降低基體的燒結溫度。在設計組成范圍內(nèi)陶瓷的τf近零并可通過改變Ba3(VO4)2含量實現(xiàn)微調(diào)。復相陶瓷具有優(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，性能優(yōu)勢明顯，是具有