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Bi2O3-ZnO-Nb2O5系微波介质陶瓷材料具有高性能与低温烧结兼优的特点,介电常数高,介质损耗小,介电常数温度系数可系列化,但该材料的烧结工艺不稳定且很难烧结致密,严重阻碍了其作为微波器件用介质材料的实用性。在具有铌铁矿结构的铌酸盐陶瓷中,具有中等介电常数的ZnNb2O6和MgNb2O6微波介质陶瓷材料都具有很好的介电性能,但是这两种材料的烧结温度较高,所以实用性不好。因为这三种材料都是非常有希望实现低温烧结的电介质材料,所以如果加入少量烧结助剂,都有可能在较低的温度下烧结并获得较好的介电性能,从而达到实用化的要求。
本论文以铌酸盐微波介质陶瓷(Bi1.5Zn1.0Nb1.5)O7、ZnNb2O6和MgNb2O6为研究对象,采用传统的固相反应法制备陶瓷试样,并用XRD分析相结构,SEM观察表面形貌,LCR测试仪测介电性能。研究了添加CuO、V2O5和两者的混合物作为烧结助剂对铌酸盐微波介质陶瓷烧结特性、相结构、显微组织和介电性能的影响。
烧结助剂能使BZN的烧结温度最多降低150℃,体积密度值提高;添加CuO和两者的混合物后,有少量Zn3Nb2O8和ZnO相出现;添加0.5%V2O5900℃烧结的BZN陶瓷具有最好的综合介电性能:介电常数ε=167,介电损耗tanδ=0.0033,频率温度系数τf=-403ppm℃-1(2MHz)。CuO、V2O5和CuO-V2O5的加入可以使ZnNb2O6陶瓷的烧结温度降低从1150℃降到1000℃,且烧结致密度提高;添加烧结助剂的ZnNb2O6陶瓷的相结构除了铌铁矿结构的单相外,都有新相生成;加入烧结助剂后材料的介电常数提高,频率温度系数改善,但同时介电损耗增加,其中掺杂0.25%CuO-0.25%V2O5的ZnNb2O6陶瓷在100M下也具有较好的综合介电性能:ε=35,tanδ=0.00021,τf=-44.41ppm℃-1,且高频稳定性较好。添加V2O5和CuO都可以使MgNb2O6陶瓷的烧结温度最多降低100,介电常数提高,频率温度系数改善;添加1.0%V2O5的MgNb2O6陶瓷的烧结温度最低,致密度最高且介电性能最好:ε=39,tanδ=0.00419,τf=-54.64ppm℃-1;当V2O5的添加量大于2.0%时,会出现第二相VNb9O25;CuO的添加只是在烧结过程中形成了液相,没有新相生成。因此,添加烧结助剂的铌酸盐微波介质陶瓷很有实用价值。