Al-,2-O-,3--TiO-,2-基復合微波介質(zhì)陶瓷的研究.pdf

1、現(xiàn)代通信技術的革新對以微波介質(zhì)陶瓷為基礎的微波電路器件提出了更高的要求，而其中的低介電常數(shù)類微波介質(zhì)陶瓷具有介電常數(shù)(ε<'r>)低、品質(zhì)因子(Q×f)高并且頻率溫度系數(shù)(τ<,f>)接近零的特點，因而能夠滿足新型的毫米波器件的應用要求，具有廣闊的應用前景。Al<,2>O<,3>陶瓷具有較低的介電常數(shù)、低的介電損耗和高的熱導率，是一種性能優(yōu)異的低介陶瓷材料。本文對Al<,2>O<,3>體系陶瓷的低溫燒結和微波介電性能進行了系統(tǒng)研究。

2、 本文選擇Al<,2>O<,3>-TiO<,2>陶瓷作為研究體系。TiO<,2>的引入旨在利用其正τ<,f>研值(+450ppm/℃)與Al<,2>O<,3>(-60 ppm/℃)復合，以求獲得τ<,f>值接近零的微波介質(zhì)材料。利用溶膠一凝膠法合成MCAS玻璃粉作為燒結助劑。分別采用普通的Al<,2>O<,3>、TiO<,2>粉和納米Al<,2>O<,3>、TiO<,2>粉兩類原料，并添加不同比例的MCAS玻璃作為燒結助劑，制備出了

3、0.88Al<,2>O<,3>-0.12TiO<,2>陶瓷。利用XRD、SEM等測試手段對其進行了結構分析，并利用HP 8722ET矢量網(wǎng)絡分析儀測定了其微波介電性能。結果表明，燒結助劑的添加量和熱處理工藝等因素是影響陶瓷的相結構和介電性能的主要因素。 采用普通粉體并添加一定量的MCAS玻璃，在1350℃的燒結溫度下能獲得相對密度達到95％以上的0.88Al<,2>O<,3>-0.12TiO<,2>陶瓷，其介電性能隨燒結助劑添加

4、量的增加而變化。其中介電常數(shù)和品質(zhì)因子隨玻璃添加量的增加而降低，τ<,f>是大的負值(-13 ppm/℃～-18 ppm/℃)，其原因在于高溫下Al<,2>O<,3>與TiO<,2>生成了Al<,2>TiO<,5>中間相。對制備的陶瓷進行熱處理能夠促使中間相分解成Al<,2>O<,3>和TiO<,2>，從而獲得頻率溫度系數(shù)近零的陶瓷。MCAS玻璃的存在對中間相的分解有抑制作用，中間相的分解程度隨玻璃含量的增多而減小；但延長熱處理時間同樣

5、能夠使高玻璃摻量的陶瓷的中間相(Al<,2>TiO<,5>)接近完全分解，得到近零的τ值。 采用納米粉體制備的0.88Al<,2>O<,3>-0.12TiO<,2>陶瓷的微波介電性能與燒結溫度和燒結助劑的含量密切相關。在1250℃燒結時，沒有．Al<,2>Ti05相形成，因而陶瓷(添加8wt％的玻璃燒結助劑)的頻率溫度系數(shù)接近零；而1300℃燒結的樣品，中間相(Al<,2>TiO<,5>)出現(xiàn)并隨著燒結助劑含量的增加而增多

6、，從而影響到其微波介電性能。低的MCAS玻璃添加量的陶瓷，其研值近零，如添加了2wt％的玻璃燒結助劑的陶瓷，其介電性能為：ε<,r>=11.6，Q×f=16873GHz，ε<,f>=+0.7 ppm/℃；在1350℃燒結的陶瓷的相組成與采用普通原料并在1350℃下燒成的陶瓷相同。 采用MCAS玻璃能夠有效的降低0.88Al<,2>O<,3>-0～2TiO<,2>體系陶瓷的燒結溫度，調(diào)節(jié)燒結助劑的添加量和燒結后熱處理時間，能夠調(diào)整