低温烧结低损耗微波介电陶瓷研究

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随着现代移动通信设备向着小型化、高频化、集成化及低成本化方向的发展,对以微波介质陶瓷为基础的微波元器件提出了更高的要求。基于低温共烧陶瓷技术(Low temperature co-fired ceramic, LTCC)的多层结构设计可有效减小微波器件的体积,是实现其向小型化、集成化、高可靠性和低成本化方向发展的重要途径。LTCC技术的关键是对能与Ag, Cu等电极共烧的微波介质陶瓷的研制。目前使用的微波介质陶瓷的烧结温度大都比较高(>1300℃),故降低微波介质陶瓷的烧结温度到Ag(961℃)和Cu(1083℃)的熔点温度以下,以满足共烧的需求是今后的主要发展方向。本文以B-位非平衡取代的Ca[(Li1/3Nb2/3)1-xZr3x]O3(x=0.05)陶瓷(简写为CLNZ陶瓷)为研究对象,通过不同烧结助剂掺入对陶瓷烧结特性、相组成、微观形貌和介电性能的影响,阐明低温烧结陶瓷相组成、微观形貌与介电性能三者之间的内在规律;初步探讨了陶瓷低温烧结具体机制和致密化过程。1B2O3掺杂CLNZ陶瓷。选择B203作为烧结助剂,加入少量的B203烧结助剂可以使CLNZ陶瓷的烧结温度由1170℃降至1020BC。2O3的B3+进入CLNZ晶格间隙。添加1wt%B2O3的CLNZ陶瓷在1020℃烧结4h获得最佳的介电性能:εr=29.26; Qf=13420GHz; τf=-6.52ppm/℃。B2O3能有效降低CLNZ陶瓷烧结温度150℃。2. Li2O-B2O3-SiO2-CaO-Al2O3(LBSCA)掺杂CLNZ陶瓷。选择LBSCA玻璃作为助烧剂,加入适量的LBSCA助烧剂可以使CLNZ陶瓷的烧结温度由1170℃降至940℃。但LBSCA玻璃原子通过扩散进入CLNZ陶瓷晶格会对CLNZ陶瓷的介电损耗造成负面影响。当5wt%的LBSCA掺杂到CLNZ陶瓷中,940℃烧结4h时取得最佳微波介电性能:εr=29.37, Qf=5420GHz, τf=-24.9ppm/℃
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