zn2sio4基微波介质陶瓷低温烧结及其性能的研究

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1、西南科技大学硕士研究生学位论文第1页摘要移动通信系统的快速发展需要微波器件小型化、片式化、集成化。应用在小型的微波介质器件上的多层低温共烧陶瓷(LTCC)器件得到广泛的研究。Zn2Si04陶瓷基板材料由于其优异的微波介电性能，可广泛用于微波领域。但Zn2Si04陶瓷烧结温度高，因此实现其低温烧结非常重要。本文通过添加ZnO．B203一Si02(ZBS)玻璃和氧化铋作为助烧剂来降低Zn2Si04陶瓷的烧结温度。采用XRD、SEM、EDS、TG—DTA、网络分析仪等方法对样品的物相、显微形貌、热分析、元素组成和微波介电性能

2、进行测试表征。结论如下：以ZnO和Si02为原料，采用固相法制备出不同锌硅比的xZnO．Si02(x=2．0、1．9、1．8、l，7、1．6)陶瓷。结果显示：所有陶瓷样品的主晶相都具有硅锌矿结构，当x=2．0时，陶瓷样品中存在少量ZnO杂相。随着x的降低，ZnO相消失，陶瓷中出现少量Si02相。陶瓷样品在1300℃烧结致密，其中x=1．9时晶粒尺寸较大。随着Si02的增多，晶粒尺寸减少，并且当x=1．6时，晶粒周围有明显的玻璃态物质出现。Qr值随着Si02的含量增大先增大后减小，当x=1．8时，1300℃烧结的陶瓷具有

3、较好的微波介电性能：Qt=72300GHz，￡，=6．71，T，’一37×l0‘6／℃。以ZBS玻璃为烧结助剂，采用普通陶瓷工艺制备不同ZBS玻璃添加量的1．8ZnO—Si02陶瓷样品。结果显示：添加ZBS玻璃可降低1．8ZnO—Si02陶瓷的烧结温度至950℃。随着玻璃添加量的增加1．8ZnO．Si02陶瓷的介电常数与品质因数都相应的降低。当玻璃添加量为20wt％时，900℃保温2h所制备的陶瓷具有较低的介电常数：￡。=6．85，较高的品质因数Qr_31690GHz，频率温度系数为：tf=一28×l0-6／℃，在低温

4、共烧陶瓷领域有着潜在的应用价值。以Bi203为烧结助剂，采用普通陶瓷工艺制备不同氧化铋添加量的1．8ZnO．Si02陶瓷。结果显示，当添加量小于5m01％，陶瓷出现Bi4Si3012，而当氧化铋添加量增加到7m01％时，基料中的Si02相消失，出现Bi12Si020。添加氧化铋后可降低1．8ZnO-Si02陶瓷的烧结温度至900℃以下，并导致少数晶粒的异常长大。随着氧化铋添加量的增加，西南科技大学硕士研究生学位论文第1I页陶瓷的介电常数增加，品质因数呈现先增大后减小的趋势。当氧化铋的的添加量为7m01％时，900℃下烧

5、结2小时的陶瓷样品具有相对较好的微波介电性能：gr=7．7，Q，=l3200GHz，T，=．32×10一／。C。关键词：LTCCZn2Si04微波介质陶瓷ZBS玻璃Bi203西南科技大学硕士研究生学位论文第1II页AbstractThedevelopmentofmobilecommunicationsystemsrequireStheminizturization，chipandintegrationofmicrowavedevices．Low．tempraturecofiredceramic(LTCC)multila

6、yerdeviceshavebeenextensivelyinvestigatedinanattempttominiaturizemicrowavedevices．Sincetheyexhibitexcellentmicrowavedielectricproperties，Zn2Si04ceramicsubstratematerialshavebeenwidelyinvestigatedinmicrowavecommunicationfields．However，thesinteringtemperatureofthe

7、Zn2Si04ceramicswashighandneedstobedecreasedbeforetheycanbeconsideredforuseasLTCCdevices．Inthispaper，wetriedtoreducethesinteringtemperatureofZn2Si04ceramicbyaddingtheZnO．B203．Si02(ZBS)glassandBi203assinteringaids．Thephasecomposition，microstructure，elementcomposit

8、ion，thermoanalysisandmicrowavedielectricpropertiesweretestedbyXRD，SEM，EDS，TG．．DTAandnetworkanalyzerrespectively．Theresultsshowedthat：UsingZnOandSi02asmajorreactants，x