離子摻雜對高性能ZnO-TiO2系LTCC微波介質(zhì)陶瓷的影響.pdf

1、隨著科技日新月異的發(fā)展，使得通訊設(shè)備小型化、高速度、多功能等成為通訊技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。低溫共燒陶瓷（LTCC）技術(shù)是微波介質(zhì)陶瓷將來重要的發(fā)展方向。微波電路通常使用的配線原料是銀（Ag）或銅（Cu），擁有較高的電導(dǎo)率，該類陶瓷材料在微波頻段下的介電損耗相比常規(guī)有機(jī)材料小，但由于金屬電極的燒結(jié)溫度限制，需要開發(fā)具有較低燒結(jié)溫度的LTCC，可與Ag或Cu共同燒制。低溫共燒陶瓷可以很好的匹配微波電路中的性能要求，在市場應(yīng)用上亦是大受歡迎。<

2、br>　　本文以Zn0.9Mg0.1TiO3(ZMT)陶瓷材料為研究對象，采用傳統(tǒng)固相反應(yīng)法，研究了ZMT微波介質(zhì)陶瓷用離子取代以進(jìn)行基料改性，包括A位（Zn和Mg）和B位（Ti）取代。詳細(xì)探討了ZMT微波介質(zhì)陶瓷中Co取代一部分Zn的影響，包括Co的取代量、燒結(jié)溫度對陶瓷物相、微波介電性能的影響，并對ZnO-MgO-CoO-TiO2(ZMCT)系微波介質(zhì)陶瓷諧振頻率溫度系數(shù)進(jìn)行了調(diào)節(jié)，文章的最后部分介紹了對ZMT的復(fù)合降燒和對降燒機(jī)理

3、的研究。
　　ZMT微波介質(zhì)陶瓷具有鈦鐵礦結(jié)構(gòu)，其介電常數(shù)在20左右，擁有較高的品質(zhì)因數(shù)，但是其諧振頻率溫度系數(shù)負(fù)值較大。在900℃下燒結(jié)4h得到的微波介電性能為：εr=20.91，Q× f=61630GHz，τf=-76.4ppm/℃，不能實際應(yīng)用。
　　本文首先對ZMT陶瓷通過離子摻雜進(jìn)行τf值的調(diào)節(jié)。在離子取代的種類上，選用稀土元素和離子半徑相近的元素進(jìn)行取代，觀察能否通過這種方式提高頻率溫度系數(shù)。對于使用Co取代不同

4、量的Zn形成(Zn0.9Mg0.1)1-xCoxTiO3陶瓷進(jìn)行了低溫?zé)Y(jié)研究，Co的取代能夠在維持較好的微波介電性能的情況下使頻率溫度系數(shù)值得到提高，x的變化范圍為0~0.1。通過加入低熔點(diǎn)玻璃ZnO-B2O3-SiO2(ZBS)，在900℃下燒結(jié)，可獲得優(yōu)異的的微波介電性能，其中當(dāng)x=0.06時形成鈦鐵礦型固溶體(Zn0.9Mg0.1)0.94Co0.06TiO3具有最佳微波介電性能：εr=21.58，Q×f=53948GHz，τf

5、=-54ppm/℃。
　　要得到零溫度系數(shù)陶瓷材料，可把具有正負(fù)性相反的兩種微波介質(zhì)陶瓷材料進(jìn)行復(fù)合，將正溫度系數(shù)的材料加入到ZMCT陶瓷材料中，從而提高ZMCT陶瓷的頻率溫度系數(shù)，此方法即正負(fù)溫度系數(shù)中和法。運(yùn)用這種方法設(shè)計了ZMCT與TiO2的復(fù)合實驗。最終發(fā)現(xiàn)ZMCT+9％TiO2在900℃下燒結(jié)4h的微波介電性能最佳為：εr=26.03，Q×f=34830GHz，τf=-4ppm/℃。
　　為降低保溫時間，采用兩種低