两种Ti基微波介质高铝球石的制备与性能研究
发布日期：2015/1/19 浏览次数：
您知道"两种Ti基微波介质高铝球石的制备与性能研究"？这正是我们想通过本文跟大家分享的。
微波介质高铝球石材料是一种近30年来快速发展的新型电子功能高铝球石材料，它被广泛应用于300MHz~3000GHz的微波频段。微波介质高铝球石具有高介电常数(εr)、低介电损耗(tanδ，或者高Q×f，Q=1/tanδ)和小谐振频率温度系数(τf)，常以介质谐振器的形式出现在微波振荡器、滤波器、天线等微波器件中；其次在LTCC技术中，900℃左右低温烧成的微波介质高铝球石还可作为微波电路中的介质基板材料。近年来，微波介质高铝球石材料需求持续旺盛，研制拥有自主知识产权的新型微波介质高铝球石，已经成为战略性、前沿性和前瞻性高技术问题。本文采用固相法合成高铝球石粉体，以及传统高铝球石工艺制备高铝球石样品，面向实际应用，从材料组份对高铝球石物相组成、微观结构和微波介电性能影响出发，围绕BaTi4O9-BaZn2Ti4O(11)和ZrTi2O6-ZnNb2O6两种Ti基微波介质高铝球石展开，得到了如下的主要研究成果：1.通过一次固相合成工艺，制备出了能够相互稳定共生且共存的(1-x)BaTi4O(9-x)BaZn2Ti4O(11)复相微波介质高铝球石。当x从0.05增加到0.50，BaZn2Ti4O(11)晶相的相对含量能稳定增加，高铝球石介电常数从εr=37.3减小到εr=32.8；Q×f值先从45300GHz增加到峰值60600GHz(x=0.30)，然后下降到58700GHz(x=0.40)；频率温度系数从τf=+12ppm/℃以近似直线的趋势下降到τf=-3ppm/℃。最终，0.7BaTi4O9-0.3BaZn2Ti4O(11)复相介质高铝球石在1240℃烧结3h致密，微波介电性能最优为：εr=34.2，Q×f=60600GHz，τf=-2.0ppm/℃。2.通过掺杂CuO形成液相烧结，将BaTi4O9-BaZn2Ti4O(11)复相微波介质高铝球石烧结温度降到1150℃。此外，Cu~(2+)可对Zn~(2+)进行取代，使BaZn2Ti4O(11)晶相的相对含量提高，而且还降低了其晶格常数，这都有益于高铝球石Q×f值的提高；而且，发现进行适量Cu~(2+)离子取代可以抑制BaZn(2-x)CuxTi4O(11)微波介质高铝球石在空气中烧结时发生的失氧反应，使Q×f值的稳定性和重复性提高了。掺杂1.0wt%CuO的0.85BaTi4O9-0.15BaZn2Ti4O(11)复相介质高铝球石在1150℃保温3h就能获得致密的微观结构，而且微波介电性能更加优异：εr=36.4，Q×f=62600GHz，τf=+0.2ppm/℃，综合微波介电性能优于许多公开报道的同类微波介质高铝球石，具有实际应用潜力。在10Kg扩大试验中，此微波介质高铝球石的性能优异且稳定，经相关厂家验证此新型微波介质具有商业化应用潜力。3.为了满足LTCC技术要求，通过掺杂低温烧结助剂BaCu(B2O5)，使BaTi4O9-BaZn2Ti4O(11)微波介质高铝球石烧结温度降低至900℃。掺杂BaCu(B2O5)会导致部分BaTi4O9相分解为Ba4Ti13O30，以及新杂相BaTi(BO3)2生成。BaCu(B2O5)掺杂也能形成液相烧结机制，并在900℃烧结可以获得相对致密的微观结构。掺杂11wt%BaCu(B2O5)并在900℃烧结2h获得的0.85BaTi4O9-0.15BaZn2Ti4O(11)介质高铝球石有较好的微波介电性能：εr=30.9，Q×f=20200GHz，τf=+11.7ppm/℃。此微波介电性能相较于其他BaO-ZnO-TiO2三元基低烧微波介质高铝球石具有优势，特别是Q×f值相对较高。4.纯ZrTi2O6-ZnNb2O6微波介质高铝球石在空气中烧结，会有失氧化学反应，致使其Q×f值非常低。
通过掺杂变价元素Mn离子取代Ti~(4+)，会导致原料中TiO2相被遗留下来，构成第二杂相；还能促进晶粒生长。受益于Mn离子的受主作用，掺杂0.7wt%MnCO3的样品在空气中烧结具有最大Q×f=44800GHz，高出在空气中烧结的纯样品的Q×f值15倍以上。最终，掺杂0.7wt%MnCO3的0.69ZrTi2O6-0.31ZnNb2O6介质高铝球石可在1270℃的空气中烧结7h致密，且具有良好的微波介电性能：εr=45.3，Q×f=43300GHz，τf=-0.5ppm/℃。5.研究了Zr(Zn(1/3)Nb(2/3))xTi(2-x)O6(0.2≤x≤0.8)固溶体微波介质高铝球石的晶相组成、微观结构和微波介电性能。复合离子(Zn(1/3)Nb(2/3))~(4+)可全部固溶进入Zr-Ti晶相，当x=0.5~0.8时，形成纯ZrTi2O6固溶体单相区。在此单相区，随着x值增加，高铝球石样品的介电常数从εr=43.0连续下降到εr=39.2，τf值从τf=-10.2ppm/℃减小到τf=-25.5ppm/℃，Q×f值从40900GHz增加到43200GHz。Q×f值增加是由于复合离子(Zn(1/3)Nb(2/3))~(4+)对Ti~(4+)离子取代增强了ZrTi2O6晶相中的共价键作用。最后，Zr(Zn(1/3)Nb(2/3))(0.6)Ti(1.4)O6+0.3wt%MnCO3高铝球石在1260℃空气中烧结6h，可获得致密的微观结构，为纯Zr(Zn(1/3)Nb(2/3))xTi(2-x)O6固溶体单晶相，而且具有好的微波介电性能：εr=41.7，Q×f=42100GHz，τf=-15.5ppm/℃。
看完上述介绍后，以后在运用时就不会手足无措了。我们期待与您在崭新的未来再展宏图，携手并肩，共创伟业！选择我们公司，就是选择质量、真诚和未来。
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