Li3Mg2NbO6系微波介质陶瓷掺杂改性与低温烧结的研究

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1、Li3Mg2NbO6系微波介质陶瓷掺杂改性与低温烧结的研究TheresearchondopingmodificationandlowtemperaturesinteringinLi3Mg2NbO6basedmicrowavedielectricceramics工程领域：集成电路工程作者姓名：刘路指导教师：张平副教授企业导师：陈力颖天津大学电气自动化与信息工程学院二零一七年十一月摘要现代通信技术的高速发展对微波器件性能的要求不断提高。微波介质陶瓷作为微波器件的关键材料，探寻陶瓷新体系、优化其性能以及降低烧结温度已成为研究热点。Li3Mg2NbO6陶瓷是近年来发现的一种新型的低介低损耗微波介

2、质材料，但是因其本身具有较高的烧结温度、较低的Q×f值以及较大的负τf值使得Li2+5+3Mg2NbO6陶瓷并不能满足微波器件的实际应用要求。本文通过Mg和Nb离子置换的方法来调控Li3Mg2NbO6陶瓷的晶体结构，改善烧结特性以及优化其微波介电性能。并在此基础上，引入低熔点化合物、玻璃和复合烧结助剂降低Li3(Mg0.96Ca0.04)2NbO6陶瓷的烧结温度，研究了烧结助剂对陶瓷的烧结特性、物相组成、微观形貌以及微波介电性能的影响。1.采用A2+(Ca2+,Mn2+,Ni2+,Co2+)置换Mg2+以改善Li3Mg2NbO6陶瓷的微波介电性能。研究表明，A2+置换Mg2+后，形成了L

3、i3(Mg1-xAx)2NbO6固溶体，均改善了陶瓷的烧结特性和微波介电性能。采用克莫方程计算的Li3(Mg1-xAx)2NbO6陶瓷的实际离子极化率可以与其理论离子极化率符合得很好。同时研究发现Li3(Mg1-xAx)2NbO6陶瓷的孔隙校正介电常数εpc值是决定其谐振频率温度系数τf值的一个主要因素，并且推导出了Li3Mg2NbO6系陶瓷的τf与εpc之间的数学关系式。(a)、当Ca2+、Mn2+、Co2+置换Mg2+后，其晶胞体积与x值呈正比关系，陶瓷的实际离子极化率与理论离子极化率都随着x值的增加而增大。当x=0.04时，Lio3(Mg0.96Ca0.04)2NbO6陶瓷在114

4、0C烧结时具有较高的Q×f值122,082GHz；当x=0.02时，Lio3(Mg0.98Mn0.02)2NbO6陶瓷在1125C烧结时具有近零的τf值-4.57ppm/oC和较大的Q×f值110,582GHz；当x=0.06时，Li3(Mg0.94Co0.06)2NbO6陶瓷oC烧结时具有最小的τo2+2+在1150f值为-1.04ppm/C。(b)、当Ni置换Mg时，其晶胞体积与x值呈反比关系，陶瓷的实际离子极化率与理论离子极化率都随着x值的增加而减小。当x=0.04时，Lio3(Mg0.96Ni0.04)2NbO6陶瓷在1175C烧结时具有最大的Q×f值126,784GHz和近零的

5、τoC。f值-2.63ppm/2.采用B5+(Ta5+,Sb5+)置换Nb5+以改善Li3Mg2NbO6陶瓷的微波介电性能。研究表明，B5+置换Nb5+后，均形成了Li3Mg2(Nb1-xBx)O6固溶体，其晶胞体积与x值呈反比关系，而理论离子极化率与实际离子极化率都随着x值的增加而增大。并且陶瓷的τf值和εpc值都随着x值的增加而表现出了相似的变化趋势。(a)、当x=0.02时，Lio3Mg2(Nb0.98Ta0.02)O6陶瓷在1150C烧结时具有较高的Q×f值110,443GHz；(b)、当x=0.06时，Lio3Mg2(Nb0.94Sb0.06)O6陶瓷在1150C烧结的Q×f值

6、为I95,487GHz。3.采用LiF,Li2O-B2O3-Bi2O3-SiO2(LBBS),Bi2O3,BaCu(B2O5)(BCB)作为烧结助剂实现Li3(Mg0.96Ca0.04)2NbO6陶瓷的低温烧结，系统地研究了掺杂后陶瓷的烧结特性，微观形貌以及微波介电性能的变化规律。研究表明，四种烧结助剂均能有效地降低Li3(Mg0.96Ca0.04)2NbO6陶瓷的烧结温度，但只有LiF在降低陶瓷烧结温度的同时还能保持较好的微波介电性能。当添加6wt.%LiF时，Lio3(Mg0.96Ca0.04)2NbO6陶瓷在900C烧结时具有最优异的微波介电性能：εr〜15.85，Q×f〜98,0

7、12GHz，τof〜-28.6ppm/C。关键词：Li3Mg2NbO6，离子置换，低温烧结，微波介质陶瓷IIABSTRACTTherapiddevelopmentofmoderncommunicationtechnologyhasmademoredemandsoftheperformanceofmicrowavedevices.Becausemicrowavedielectricceramicwasthekeymaterialsof