鋰基微波介質(zhì)陶瓷低溫?zé)Y(jié)及其應(yīng)用基礎(chǔ)研究.pdf

1、為了滿足器件小型化、集成化以及模塊化需求,低溫共燒陶瓷LTCC(LowTemperature Co-fired Ceramics)技術(shù)以其優(yōu)異的電學(xué)、機(jī)械、熱學(xué)及工藝特性,是一個(gè)非常重要的集成技術(shù)廣泛用于小型化器件制造中。本論文以Ba4LiNb3O12、Ba4LiTa3O12、Li2CoTi3O8、Li2Co1-xZnxTi3O8、Li2+xMgTi3O8+0.5x、Li2+xZnTi3O8+0.5x陶瓷為研究對(duì)象,通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究,開(kāi)發(fā)出

2、一系列中等介電常數(shù),且能與Ag電極共燒的LTCC微波介質(zhì)陶瓷配方體系,并對(duì)其燒結(jié)機(jī)理進(jìn)行了研究和總結(jié)。
　　 (1)以Ba4LiNb3O12、Ba4LiTa3O12為研究對(duì)象,采用少量的BaCu(B2O5)(BCB)為燒結(jié)助劑,將Ba4LiNb3O12、Ba4LiTa3O12陶瓷由1160℃、1325℃左右的相變溫度點(diǎn)降至950℃以下,并且陶瓷的燒結(jié)溫度得到有效的降低,從1275℃、1450℃降至950℃以下,諧振頻率溫度系數(shù)得

3、到有效的改善,微波介電性能惡化不大,并且這三種低燒陶瓷與 Ag電極具有很好的化學(xué)兼容性,是理想的LTCC微波介質(zhì)陶瓷材料。
　　 (2)通過(guò)傳統(tǒng)的固相反應(yīng)法合成了鋰基尖晶石型Li2CoTi3O8陶瓷和Li2ZnxCo1-xTi3O8陶瓷固溶體,該類(lèi)陶瓷具有重量輕、材料成本低、燒結(jié)溫度低以及微波介電性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)。Li2ZnxCo1-xTi3O8(X=0.2-0.8)陶瓷的微波介電性能隨著Zn取代量的不同介于端元化合物L(fēng)i2ZnT

4、i3O8和Li2CoTi3O8之間,呈線性變化趨勢(shì),其最佳燒結(jié)溫度隨x值的增加而增加。當(dāng)燒結(jié)溫度為1050℃時(shí),Li2Zn0.4Co0.6Ti3O8陶瓷展現(xiàn)了一個(gè)最佳的微波介電性能:介電常數(shù)(～27.7),高的品質(zhì)因數(shù)(～57100 GHz),以及較低的諧振頻率溫度系數(shù)(～-1.0 ppm／℃)。通過(guò)添加少量的BCB、B2O3燒結(jié)助劑,Li2CoTi3O8陶瓷的燒結(jié)溫度由1025℃燒結(jié)溫度降至900℃,微波介電性能影響不大,諧振頻率溫度

5、系數(shù)得到了有效的提高。通過(guò)對(duì)比研究解釋了液相低溫?zé)Y(jié)機(jī)制,并且BCB及B2O3添加后的低燒陶瓷都能與Ag電極能很好的兼容,是理想的LTCC備選材料。
　　 (3)通過(guò)采用固相反應(yīng)法對(duì)尖晶石結(jié)構(gòu)的Li2+xATi3O8+0.5x(A=Zn,Mg)陶瓷進(jìn)行非化學(xué)計(jì)量比的研究,以缺陷控制和微結(jié)構(gòu)調(diào)控來(lái)優(yōu)化介質(zhì)材料的微波介電性能。對(duì)于Li缺失的陶瓷,隨著Li含量逐漸減小,第二相逐漸出現(xiàn),陶瓷的致密度逐漸降低,介電常數(shù)升高,Q×f值先上升

6、再下降諧振頻率溫度系數(shù)逐漸升高。對(duì)于Li過(guò)量的陶瓷,隨著Li含量逐漸增大,Li2+xMgTi3O8+0.5x陶瓷逐漸生成了LiTiO2的相,介電常數(shù)逐漸降低,Q×f值逐漸下降,諧振頻率溫度系數(shù)基本保持不變。Li缺失的Li1.95ZnTi3O7.975、Li過(guò)量的Li2.1MgTi3O8.05陶瓷分別獲得最佳的綜合微波介電性能。
　　 (4)結(jié)合本文各章節(jié)材料實(shí)驗(yàn)研究,對(duì)低溫液相燒結(jié)過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)闡述,解釋了出現(xiàn)異常晶粒長(zhǎng)大的原因