li2mgsio4基微波介质陶瓷低温烧结及微波介电性能

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1、南京航空航天大学硕士学位论文中文摘要随着通信频率进一步向高频范围拓展，低介陶瓷材料在介质基板和微波天线及高端或高频微波元器件等领域得到广泛应用，低介电常数(εr<10)和超高品质因数Q的微波介质陶瓷材料成为介质材料研究的热点。而LTCC技术是实现微波元器件向高频、高速、轻质、薄型等方向发展的重要途径，因此，降低微波介质陶瓷烧结温度，使其能够同低成本的金属（Ag、Cu）共烧也是目前研究的主要方向。-4Li2MgSiO4基微波介质陶瓷具有较低的介电常数(εr=5.1)极低的介电损耗(tanδ=5.2×10)，但是对该材料进行系统的低烧及改性研究罕有报道。本文选取Li2MgS

2、iO4基低介电常数微波介质陶瓷作为研究对象，研究了Li2MgSiO4的预处理制度、烧结制度对陶瓷烧结性能和微波介电性能的影响，以确定最佳制备工艺；分别采用B2O3、ZnO-B2O3-SiO2玻璃(ZBS)作为其烧结助剂，研究了其低温烧结性能；采用预烧后的CaO-TiO2以合成CaTiO3，以调整ZnO-B2O3-SiO2(玻璃)助烧的Li2MgSiO4陶瓷的τf。具体研究内容和结果如下所示：(1)研究了Li2MgSiO4的微观结构与介电性能。根据混匀的Li2MgSiO4陶瓷原始粉料的DTA-TG曲线，初步确定材料的预烧温度，再根据其预烧温度、烧结温度、烧结时间对烧结性能

3、和微波介电性能的影响，确定最佳制备工艺。研究发现，预烧温度为850°C，在1250°C下烧结2h，介电性能最佳：εr=5.29，Q⋅f=12600GHz，τf=-170ppm/°C。(2)研究了B2O3、ZBS烧结助剂对陶瓷烧结特性和微波介电性能的影响，实验发现，添加2wt%的B2O3或ZBS分别将烧结温度降至810°C和960°C，且具有较好的微波介电性能。其中2wt%B2O3+Li2MgSiO4陶瓷的介电性能为：εr=5.83，Q⋅f=107000GHz，τf=-217ppm/°C，而2wt%ZBS+Li2MgSiO4陶瓷的介电性能为：εr=6.48，Q⋅f=74,

4、100GHz，τf=-163ppm/°C。(3)添加CaTiO3粉体对ZBS助烧的Li2MgSiO4陶瓷的τf进行改进，实验发现，该粉体可有效改善Li2MgSiO4陶瓷的τf至近零，但是其Q值急剧降低、介电常数增大。添加30mol%的CaTiO3粉体后，1000°C烧结2h的微波介电性能为：εr=13.8，Q⋅f=10600GHz，τf=-7ppm/°C。而添加量为25mol%时，陶瓷的综合介电性能最佳，其εr=10.88，Q⋅f=18600GHz，τf=-30ppm/°C。关键词：微波介质陶瓷,低温共烧陶瓷(LTCC),介电性能,Li2MgSiO4,低介电常数iLi2

5、MgSiO4基微波介质陶瓷的低温烧结及微波介电性能AbstractWiththerapiddevelopmentofmicrowavecommunicationandradartechnologies,researchonmicrowavedielectricresonantmaterialswithlowdielectricconstantandhighQandnear-zeroresonantfrequencytemperaturecoefficientshasattractedmuchattention.LTCCisanimportanttechnologytor

6、ealizethehighspeed,lightweight,miniaturizationandsoon.Consequently,thedecreaseofsinteringtemperatureforco-firingwithconcuctivematalsalsobecomesahotresearchfield.-4Li2MgSiO4ceramicshavelowdielectricconstant(εr=5.1)andlowloss(tanδ=5.2×10),butuntilnow,therehasfewreportsaboutthesystemicresea

7、rchonthismaterial.Li2MgSiO4ceramicswasselectedinthispaperandmakesadetailstudy.Effectsofcalcinedtemperature,sinteringtemperatureandsinteringtimeonLi2MgSiO4ceramicmaterialswereinvestigatedfirst,whichisbeneficialtogettheoptimalpreparationparameters.Inordertodecreasethesinter