低温烧结微波介质陶瓷

在制备多层微波元件过程中,为使用Cu、Ni等低熔点导体,必须降低微波介质陶瓷的烧结温度。本文介绍了通过液相烧结降低致密化温度的BaTi4O9、Ba2Ti9O20及(Zr,Sn)TiO4陶瓷,这类材料的烧结温度已降至1 000℃以下;也介绍了掺加(V2O3+CuO)的BiNbO4基陶瓷,其致密化温度已低至880℃左右。文中还列出了陶瓷组成、低熔点氧化物或玻璃的组成及相关材料的微波介电性能。     

Ba_2Ti_9O_(20)基微波介质陶瓷的微观组织与微波介电性能

采用固相合成法,通过控制烧结温度和烧结时间,成功制备了单相Ba2Ti9O20基微波介质陶瓷。采用XRD、SEM研究了Ba2Ti9O20基微波介质陶瓷的物相组成和微观结构,采用平行板谐振法测试了Ba2Ti9O20基微波介质陶瓷的微波介电性能。结果表明,单相Ba2Ti9O20微波介质陶瓷具有均匀一致的等轴晶,过高或过低的烧结温度将导致柱状BaTi4O9晶出现。1 360℃烧结4.5 h制备的Ba2Ti9O20基微波介质陶瓷介电性能为:?r=39.53,Q?f=33 800 GHz,τf=1.68×10–6/℃。     

中温烧结BaO-TiO2-ZnO-Nb2O5系微波瓷料

使用电子陶瓷工艺制备得到了掺杂Mn和Sn的BaO-TiO2-ZnO-Nb2O5(BTZN)系陶瓷，XRD表明，其主晶相为Ba2Ti9O20、BaTi4O9，另外还有少量附加晶相：Ba4Ti13O30、Ba3Ti12Zn7O34、BaTi5O11等。少量Mn和Sn掺杂有利于系统Q值的提高，降低了烧结温度并提高了介电性能。文中主要对Mn和Sn掺杂的影响机理分析作了分析。Mn和Sn综合掺杂的结果，使得在中温1160℃得到了微波介电性能优良的BTZN陶瓷。同时，把此种瓷料制成多层陶瓷电容器开拓了一种新的应用领域。     

Sb2O3对富钛型钛酸锶钡基陶瓷结构及性能的影响

采用传统固相法制备Sb2O3掺杂(Ba0.7Sr0.3)Ti1.005O3系介电陶瓷,通过扫描电镜、X线衍射仪及LCR测试系统,研究不同含量的Sb2O3及烧结工艺参数对TiO2过量的钛酸锶钡体系微观结构及介电性能的影响。结果表明,随Sb2O3掺杂量增大,(Ba0.7Sr0.3)Ti1.005O3陶瓷由立方钙钛矿结构单相固溶体转变为多相化合物。在TiO2过量的(Ba0.7Sr0.3)Ti1.005O3陶瓷中,Sb3+进入钙钛矿晶格A位。Sb2O3添加量较大时,(Ba0.7Sr0.3)Ti1.005O3基陶瓷晶粒异常长大,粒径分布不均匀,且有柱状晶粒出现。随Sb2O3掺杂量增大,(Ba0.7Sr0.3)Ti1.005O3基陶瓷居里温度及介电常数峰先增大后减小。提高(Ba0.7Sr0.3)Ti1.005O3基陶瓷的烧结温度并延长保温时间有利于改善Sb2O3掺杂量较高时(Ba0.7Sr0.3)Ti1.005O3基陶瓷室温的介电性能。     

Sb_2O_3对非化学计量钛酸锶钡陶瓷介电性能的影响

采用固相法制备工艺获得Sb2O3掺杂(Ba0.7Sr0.3)Ti0.995O3系电介质陶瓷。通过扫描电镜、X线衍射仪及LCR测试系统,研究Sb2O3含量、烧结温度及保温时间对非化学计量的钛酸锶钡体系微观结构及介电性能的影响。结果表明,随Sb2O3掺杂量增大,(Ba0.7Sr0.3)Ti0.995O3陶瓷由立方钙钛矿结构单相固溶体转变为多相化合物。在(Ba0.7Sr0.3)Ti0.995O3陶瓷中,Sb3+占据钙钛矿晶格B位。随Sb2O3掺杂量的增大,(Ba0.7Sr0.3)Ti0.995O3基陶瓷的平均粒径减小,室温介电性能及居里温度显著改变。提高烧结温度并延长保温时间有利于改善高Sb2O3掺杂量下非化学计量BST基陶瓷室温介电性能。     

CuO-BaO掺杂对Ba(Ti0.91Zr0.09)O3介电性能的影响

采用固相反应法制备了添加1%(质量分数)CuO-BaO混合物的Ba(Ti0.91Zr0.09)O3铁电陶瓷,研究了r(Cu∶Ba)对Ba(Ti0.91Zr0.09)O3铁电陶瓷烧结特性及介电性能的影响。结果表明:随着r(Cu∶Ba)的增加,Cu开始进入晶格,Ba(Ti0.91Zr0.09)O3陶瓷的密度先增加后减小,r(Cu∶Ba)为1.5时,ρ达最大值5.85g/cm3,斜方-四方相变峰出现介电弛豫现象,居里温度向低温方向移动,电滞回线呈现典型弛豫型铁电体的特征。     

La2O3-B2O3玻璃添加对Zn0.5Ti0.5NbO4微波介质陶瓷结构及性能影响

利用X射线衍射、扫描电子显微镜等手段研究了添加La2O3-B2O3玻璃作为烧结助剂的Zn0.5Ti0.5NbO4微波介质陶瓷在低温烧结过程中的结构及微波介电性能变化。实验结果表明,适当的La2O3-B2O3玻璃添加不会影响Zn0.5Ti0.5NbO4陶瓷的相组成。添加质量分数2%的La2O3-B2O3烧结助剂有助于在烧结过程中形成液相,液相能有效加速Zn0.5Ti0.5NbO4陶瓷的低温烧结过程,实现Zn0.5Ti0.5NbO4陶瓷的致密化。在875℃烧结时,添加质量分数2%La2O3-B2O3玻璃的Zn0.5Ti0.5NbO4陶瓷具有优异的微波介电性能:εr=33.91,Q×f=16579 GHz(f=6.1 GHz),τf=-68.54×10-6/℃。     

Li2O-B2O3复合掺杂对BaAl2Si2O8陶瓷结构与介电性能的影响

采用传统固相反应工艺,按质量分数合成BaO-Al2O3-SiO2-5%(xLi2O-yB2O3)(x=0. 2~0. 6,y=0. 8~0. 4)陶瓷。研究xL-yB烧结助剂对BAS系微波介质陶瓷的结构和介电性能的影响。通过Clausius-Mossotti公式计算讨论了BAS理论与实验介电常数的差异。研究结果表明:xL-yB烧结助剂中Li+进入钡长石Ba2+位,并产生了O2-空位,促进BAS六方相向单斜相转变。添加适当比例的xL-yB烧结助剂后,BAS陶瓷的烧结温度从1400℃降低到925℃,同时BAS陶瓷样品密度、品质因数(Q×f)值以及谐振频率温度系数(τf)得到改善。当烧结助剂为0. 5L-0. 5B,烧结温度为925℃时,可获得综合性能相对较好的BAS陶瓷,其介电性能:εr=6. 74,Q×f=26670 GHz,τf=-21. 09×10-6℃-1。     

激光烧结Al2O3/Ti系FGM的温度场与热应力场

用有限元法对激光烧结Al2O3/Ti系FGM的温度场和残余热应力场进行了模拟计算,并对烧结过程试样中的温度分布进行了实时测量.结果表明:激光照射面(Al2O3层)和背光面(Ti层)的温度落差为325℃.陶瓷侧温度梯度大于金属侧,成分梯度指数p值愈大,陶瓷侧温度梯度愈大.试样内残余热应力分布受p值控制,依据残余热应力最小且陶瓷层为压应力的设计准则,确定了激光烧结Al2O3/Ti系FGM的最佳成分梯度指数p=0.5.     

掺杂Bi2O3对Ba4Sm28/3Ti18O54微波介质陶瓷性能的影响

以Ba4Sm28/3Ti18O54微波介质陶瓷为基础,掺杂Bi2O3进行协调改性,形成固溶式为Ba4(Sm1–yBiy)28/3Ti18O54的结构。结果表明,掺杂Bi2O3能很好地把Ba4Sm28/3Ti18O54微波介质陶瓷的烧结温度降低至1260℃,当y=0.15时,能得到介电性能较佳的微波介质陶瓷:εr约为81,tanδ约为5×10–4,τf为–21×10–6℃–1。     

添加玻璃粉对Ba2Ti9O20系瓷料低温烧结的影响

采用H3BO3、ZnO、SiO2、Al2O3、Li2CO3和CaCO3等原料,通过高温熔融、淬火等工艺,获得了低熔点玻璃粉,研究了玻璃粉的熔融、力学性能、介电性能及其含量对MLCC瓷料烧结的影响。结果表明:在Ba2Ti9O20主晶相材料中加入质量分数为4%～7%的低熔点玻璃粉,有利于瓷料在910～950℃低温烧结致密,其绝缘电阻率ρ大于1013Ω·cm,tanδ为(1.2～2.0)×10–4,εr为32～38。     

添加BaCu(B2O5)和ZnO的CaO-Li2O-Sm2O3-TiO2陶瓷低温烧结研究

采用固相反应法制备了添加复合助烧剂BaCu(B<,2>O<,5>)-ZnO的16CaO-9Li<,2>O-12Sm<,2>O<,3>-63TiO<,2>(CLST)陶瓷研究了所制CLST陶瓷的烧结特性、微观结构及介电性能.结果表明:低熔点的BaCu(B<,2>O<,5>)-ZnO复合助烧剂的加入,使CLST陶瓷的烧结温...     

掺杂Lu_2O_3对Ba_4Sm_(9.33)Ti_(18)O_(54)微波介质陶瓷性能的影响

以Ba4Sm9.33Ti18O54微波介质陶瓷为基础,掺杂Lu2O3进行改性,形成固溶式为Ba4(Sm1–yLuy)9.33Ti18O54的结构。结果表明,掺杂Lu2O3能很好地把Ba4Sm9.33Ti18O54微波介质陶瓷的烧结温度降至1 260℃,当y=0.05时Ba4Sm9.33Ti18O54为类钨青铜结构,能得到介电性能较佳的微波介质陶瓷:4.33GHz时εr约为76,Q.f约为2532,τf为–42×10–6/℃;y<0.5时生成了类钨青铜结构晶相,y≥0.5主晶相变成烧绿石相,不具备介电性。     

烧结助剂引入方式对 (Bi1.5Zn0.5)(Zn0.5Nb1.5)O7陶瓷性能的影响

分别以液相包覆法和固相混合法引入助烧剂CuO制备(Bi1.5Zn0.5)(Zn0.5Nb1.5)O7(BZN)陶瓷。采用X线衍射、扫描电镜及电感-电容-电阻测试仪等对其烧结特性、相结构及介电性能进行了研究。液相包覆法可减少助烧剂的加入量从而降低其对陶瓷介电性能的恶化。CuSO4溶液的浓度为0.5mol/L,900℃烧结3h所制得(Bi1.5Zn0.5)(Zn0.5Nb1.5)O7陶瓷的介电常数εr=161,介电损耗tanδ=0.005,τf=-398×10-6/℃(1MHz)。     

Zn和Nb对BaO-TiO_2系统微波陶瓷介电性能的影响

研究了添加ZnO 和Nb2O5的BaO-TiO2系统微波陶瓷。XRD表明其主晶相是Ba2Ti9O20(B2T9)/BaTi4O9(BT4)。加入ZnO 和Nb2O5,由Zn2+ 和Nb5+共同取代Ti4+,作为施主受主杂质,达到电价平衡,降低了烧结温度,改进了介电性能。该系统微波瓷料既可用于制造滤波器,也可用于制造多层陶瓷电容器(MLCC)。实验表明其介电性能如下:εr =37、Q =14 000、αC = 10×106℃1(1 MHz)。     

中温烧结(Ca0.61,Nd0.26)(Ti0.98Sn0.02)O3微波介质陶瓷制备及介电性能

研究了添加不同CuO-H3BO3含量的(Ca0.61, Nd0.26)(Ti0.98Sn0.02)O3(CNT)陶瓷的烧结行为和介电性CuO-H3BO3 能促使陶瓷在1050 ℃致官烧结而不严重破坏其介电性能.添加5wt% CuO-H3BO3的CNT陶瓷在1050 ℃烧结后具有良好的微波介电性能: εr=92,Q×f =9 250 GHz,τf=+139×10-6/℃.     

BaO-3TiO_2微波介质陶瓷的H_3BO_3掺杂改性研究

为实现低温烧结,采用固相反应法制备了H3BO3掺杂改性的BaO-3TiO2微波介质陶瓷,研究了H3BO3掺杂量对其烧结温度和介电性能的影响,并与H3BO3掺杂改性的BaTi4O9陶瓷进行了对比研究。结果表明,H3BO3掺杂能使BaO-3TiO2陶瓷的烧结温度降低到950℃,原因是烧结过程中形成了熔点约为899℃的液相BaB2O4。当掺杂质量分数为3%的H3BO3时,制备的BaO-3TiO2微波介质陶瓷具有良好的介电性能:εr=34.1,Q·f=9000GHz(4.0GHz),略优于H3BO3掺杂改性的BaTi4O9陶瓷。     

高频电介质新材料Ba2Ti3Nb4O18陶瓷

采用氧化物固相反应法制备了理论密度达96.8%以上的Ba2Ti3Nb4O18高频电介质陶瓷。XRD和SEM分析表明:该陶瓷为两相混合结构,主晶相为单斜Ba2Ti3Nb4O18相,次晶相为六方Ba3Ti4Nb4O21相。1250℃/2h烧结瓷体Ba3Ti4Nb4O21相的体积分数为5%~8%,1MHz下的介电性能为:εr约为38,tanδ约为1.6×10–4,αC约为–8.51×10–6/℃。     

r(Nd)/r(Bi)对Ba0.75Sr0.25(NdxBi1-x)2Ti4O12微波陶瓷性能的影响

BaR2Ti4O12(R为稀土元素)系固溶体有很好的微波介电性能,尤其是Nd系材料有很高的介电常数(εr)和高品质因数(Q×f),该文研究了不同Nd/Bi比对Ba0.75Sr0.25(NdxBi1-x)2Ti4O12微波介质陶瓷结构性能的影响。当x=0.75时,即摩尔比x∶(1-x)=3∶1时(缩写为B13)有很好的介电性能:εr=118.5,Q×f=4 607(f=2.8GHz),谐振频率温度系数τf=-1.3×10-6℃-1。对不同Nd/Bi比的样品在1 250℃到1 400℃烧结3h后的陶瓷进行XRD分析后发现,陶瓷主相为BaNd2Ti4O12,有少量第二相Ba2Ti9O20。对Bi含量逐渐增加的陶瓷样品进行微观分析可知,Bi有助于致密度的提高和晶粒的增长,随着Nd/Bi比的减小,εr慢慢增大,τf渐渐趋向于0并向负方向移动,但同时降低了Q×f值。