低介电常数熔融石英微波介质材料的制备

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1、承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要熔融石英具有极低的相对介电常数(εr)、较高的品质因数(Q×f)和近零的谐振频率温度

2、系数(τf)，在高频微波元器件和微波基板等领域具有广阔的应用前景。本文分别采用固相烧结法和溶胶凝胶法制备了熔融石英微波介质材料，利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)和矢量网络分析仪等设备系统研究了烧结工艺、烧结气氛和制备方法对材料的物相组成、析晶量、显微形貌和微波介电性能的影响。首先研究了固相烧结法的烧结工艺和退火温度对材料的物相组成、显微形貌和微波介电性能的影响。结果表明，当烧结温度过低或保温时间过短时，材料中没有或只有少量的方石英析出，但材料未烧结致密，材料的微波介电性能较差；而烧结温度过高

3、或保温时间过长，材料虽能烧结致密，但方石英的析出量显著增加，引起严重的表面裂纹甚至剥落，使得材料性能下降。同时，材料经适宜的温度退火处理后，没有发生明显的物相变化，而材料表面的显微裂纹减少，材料性能得到提高；而不恰当的退火温度则可能引起鳞石英的析出，反而降低材料性能。经1300℃、3h烧结，且1200℃、3h退火处理后，材料具有良好的微波介电性能：εr=3.77、Q×f=66758GHz、τf=-6.60ppm/℃。采用固相烧结法，对不同烧结气氛所得熔融石英的物相组成、析晶量、显微形貌、微波介电性能以及析晶动力学进行了研究。结果表明，

4、烧结气氛对材料的物相组成没有明显影响，但与空气烧结相比，真空、氮气和埋粉烧结均可提高方石英的初始析出温度，在不同程度上抑制熔融石英的析晶，从而提高了材料的性能；烧结温度为1300℃~1375℃时，熔融石英的析晶活化能Ea大小依次为：真空＞埋粉＞氮气＞空气；并且随着烧结温度的升高，试样的k值不断增大，表明方石英的生长速率均是逐渐增加的。在真空环境下，经1350℃、3h烧结后，材料具有最佳的微波介电性能：εr=3.83、Q×f=74182GHz、τf=-6.88ppm/℃。与固相烧结法相比，溶胶凝胶法可以制得颗粒均匀细小、粉体活性高的Si

5、O2粉体，能够降低材料的烧结温度，因此采用溶胶凝胶法制备熔融石英微波介质材料，并对材料的烧结特性、物相组成、显微形貌和微波介电性能进行研究。结果表明：溶胶凝胶法可以将材料的烧结温度降至1150℃；溶胶凝胶法制得的粉体表面有较多的硅羟基键等缺陷，使得材料发生整体析晶而非表面析晶；在同等温度下，细颗粒粉体制备的试样具有更高的体积密度，性能也更好；采用粒径为120nm左右的粉体制备的生坯经1150℃、3h烧结后，具有较佳的微波介电性能：εr=3.59、Q×f=61272GHz、τf=-10.0ppm/℃。关键词：熔融石英，微波介电性能，析晶

6、，烧结气氛，溶胶凝胶法i低介电常数熔融石英微波介质材料的制备ABSTRACTThefusedsilicamicrowavedielectricmaterialshaveabroadapplicationprospectinthefieldsofhighfrequencymicrowavecomponentsandmicrowavesubstratesduetotheirverylowdielectricconstant(εr),highqualityfactor(Q×f)andanear-zeroresonancefrequencyt

7、emperaturecoefficient(τf).Inthispaper,thefusedsilicamicrowavedielectricmaterialswerepreparedbytheconventionalsolid-stateceramicmethodandSol-Gelmethod,respectively.Theeffectsofpreparationprocesses,sinteringatmospheresandpreparingmethodsonthephasecompositions,crystalconte

8、nt,microstructuresandmicrowavedielectricpropertiesofthematerialsweresystematicallyinvestigatedbyXRD,SEM,FTIR,n