低介SrCuSi4O10系微波介质陶瓷的制备及其介电性能的研究

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1、低介SrCuSi4O10系微波介质陶瓷的制备及其介电性能的研究ResearchonthePreparationandDielectricPropertiesofSrCuSi4O10-basedMicrowaveDielectricCeramicswithLowPermittivity学科专业：微电子学与固体电子学作者姓名：廖建文指导教师：张平副教授天津大学电气自动化与信息工程学院二零一七年十一月摘要近年来微波通信技术向高频率、高速率方向发展，国际上对应用在毫米波通信技术中的低介电常数微波介质材料展开了大规模的研究工作。而且，随着LTCC（低温共烧陶瓷）技术的广泛使

2、用，要求介质陶瓷具有近零的温度系数、低烧结温度（低于Ag、Cu等常用金属电极）、低成本等特性。但是，低介电常数微波介质陶瓷存在两个主要的问题：烧结温度高；温度稳定性差。因此，研制具有低烧结温度、近零温度系数、低损耗、低成本等优异特性的低介电常数陶瓷是亟待解决的问题。SrCuSi4O10系陶瓷作为一种低介电常数、低损耗的介质陶瓷材料在近年来引起了人们的广泛关注，在高频无线通信领域有广阔的应用前景。本文采用传统的固相法制备SrCuSi4O10系介质陶瓷，对其制备工艺、低温烧结、温度稳定性改善和离子置换改性进行了研究，主要内容如下：系统的研究了主要制备工艺参数对相组成、

3、微观结构和介电性能的影响，确定最佳工艺参数。其最佳的制备工艺为：预烧温度、二次球磨时间和烧结温度分别为975℃、6h、1100℃。利用Bi2O3、LiF、BaCu(B2O5)作为烧结助剂实现SrCuSi4O10系陶瓷的低温烧结，系统研究了掺杂后样品的烧结特性、物相组成、微观形貌和介电性能。研究结果表明，适量的Bi2O3、LiF、BaCu(B2O5)添加剂都能使SrCuSi4O10系陶瓷的烧结温度降低到950℃以下。SrCuSi4O10-3.0wt%Bi2O3陶瓷在950℃烧结具有较好的介电性能：ε-3r=6.26，tanδ=3.1×10，τε=122.90ppm/

4、℃。SrCuSi4O10-1.0wt%LiF陶瓷在900℃烧结获得更好的介电性能：ε-3r=5.88，tanδ=1.6×10，τε=119.90ppm/℃。SrCuSi4O10-8.0wt%BaCu(B2O5)陶瓷在925℃烧结的最佳介电性能：εr=6.09，tanδ=1.4×10-3，τε=110.1ppm/℃。采用TiO2对SrCuSi4O10系陶瓷的温度特性进行改善，并研究其介电性能。研究结果表明，TiO2能够有效地调节SrCuSi4O10系陶瓷的介电常数温度系数。SrCuSi-4O10-20.0wt%TiO2陶瓷在1000℃烧结的介电性能为：εr=9.63

5、，tanδ=1.8×103，τoε=16.70ppm/C。SrCuSi4O10-1.0wt%LiF-21.0wt%TiO2陶瓷在900℃烧结时，介电常数温度系数能够调节到1.80ppm/oC。研究了Ba2+和Ca2+置换Sr2+对SrCuSi4O10系陶瓷结构和介电性能的影响规律。Ba2+取代Sr2+后，陶瓷的晶胞体积增大；Ca2+取代Sr2+后，陶瓷的晶胞体积减小。Ba2+和Ca2+置换Sr2+后，对陶瓷烧结温度、致密度和介电常数温度系数的影响都不大。Ba0.04Sr0.96CuSi4O10陶瓷在1100℃烧结的介电性能：εr=5.97，tanδ=1.2×10-

6、3，τε=119.4ppm/℃。Ca0.06Sr0.96CuSi4O10陶瓷在1100℃烧结的介电性能：ε-3r=6.14，tanδ=1.1×10，τε=114.6ppm/℃。关键词：SrCuSi4O10，低介电常数，介质陶瓷，烧结助剂，离子置换IABSTRACTWiththerapiddevelopmentofmobilecommunicationandsatellitecommunication,microwavedielectricceramicswithlowpermittivityarerequiredtobedevelopedforhighfreque

7、ncywirelesscommunicationtechnology.And,themicrowavedielectricmaterialsusedinLTCCfieldmusthavealowtanδvalue,anearzerotemperaturecoefficient,alowsinteringtemperature.However,thetwomainproblemsofceramicswithlowdielectricconstantasfollows:highsinteringtemperatureandbadtemperaturestability

8、.Ther