Zn2SiO4基微波介质陶瓷的低温烧结及其性能的研究
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。Zn2SiO4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Zn2SiO4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-B2O3-SiO2(ZBS)玻璃和氧化铋作为助烧剂来降低Zn2SiO4陶瓷的烧结温度。采用XRD、SEM、EDS、FG-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进行测试表征。结论如下：
以ZnO和SiO2为原料，采用固相法制备出不同锌硅比的xZnO-SiO2(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SiO2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SiO2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。Qf值随着SiO2的含量增大先增大后减小，当x=1.8时，1300℃烧结的陶瓷具有较好的微波介电性能：Qf=72300GHz，εr=6.71，εr=6.71×10-6/℃。
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-SiO2陶瓷样品。结果显示：添加zBS玻璃可降低1.8ZnO-SiO2陶瓷的烧结温度至950℃。随着玻璃添加量的增加1.8ZnO-SiO2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20 wt％时，900℃保温2h所制备的陶瓷具有较低的介电常数：εr=6.85，较高的品质因数Qf=31690GHz，频率温度系数为：τf=-28×10-6/℃，在低温共烧陶瓷领域有着潜在的应用价值。
以Bi2O3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-SiO2陶瓷。结果显示，当添加量小于5mol％，陶瓷出现Bi4Si3O12，而当氧化铋添加量增加到7mol％时，基料中的SiO2相消失，出现Bi12SiO20。添加氧化铋后可降低1.8ZnO-SiO2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，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7 mol％时，900℃下烧结2小时的陶瓷样品具有相对较好的微波介电性能：εr=7.7，Qf=13200GHz，τf=-32×10-6/℃。
LTCC器件;微波介质陶瓷;烧结温度;氧化铋
西南科技大学
硕士
材料学
徐光亮
2012
中文
TN104.2
67
2012-12-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）