CLnT(Ln=La,Nd)系高介LTCC材料研究

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随着信息容量的日益剧增,科技创新的高速发展和通信技术的飞速发展,计算机技术已经普及到社会生活中的各个领域。人们在电子产品上的消费日益增长对各种信息设备、产品提出了越来越苛刻的要求。微波介质陶瓷是用于制作微波电路中谐振器、滤波器、介质天线等微波元器件的核心材料,也可用于制作高速微波通信电路中的低损耗基板材料。微波介质陶瓷在上世纪80年代开始蓬勃发展,低温共烧陶瓷(LTCC)是未来的发展方向。低温共烧陶瓷通常使用高电导率的Ag或Cu作为电路配线材料,并且陶瓷材料在微波频段下的介电损耗比常规有机材料小,这使得低温共烧陶瓷特别适合用于高速数据通信的微波电路,很好地满足了市场应用需求。本文采用传统固相反应法,以CLnT(CaO-Ln2O3-TiO2,Ln=La,Nd)系陶瓷材料为研究对象,对CLnT系微波介质陶瓷的频率温度系数进行调节,同时在较好的频率温度系数基础上对CLnT系微波介质陶瓷进行了低温烧结研究。通过文献报道可以知道,CLnT系微波介质陶瓷具有钙钛矿结构的特点,由于氧八面体的存在使clt系微波介质陶瓷拥有较高的介电常数,但与此同时该系材料也具有相对较高的正的频率温度系数,不能在实际生产生活中得到广泛的应用。本文首先对CLT(CaO-La2O3-TiO2)系微波介质陶瓷进行频率温度系数的调节,主要采用两种方法,即离子取代法和正负温度系数中和法。谐振频率的温度系数与氧八面体中A、B位离子的种类、半径大小及相组成密切相关。由于镧系元素不同元素之间原子半径的不同,所以将同系的元素Nd,Sm代替CLT(CaO-La2O3-TiO2,L=La)中的La元素,观察是否能够通过这种方法降低频率温度系数,即离子取代法。运用这种方法设计了CNT(N=Nd),CST(S=Sm),CLNT,CLNST的系列化实验。零温度系数微波介质材料主要是通过将具有正、负频率温度系数的微波介质陶瓷材料进行复合而得到的,即正负温度系数中和法。运用这种方法设计了CNT与LNT(Li0.5Nd0.5TiO3),CNT与LWO(Li2WO4)的系列化掺杂实验。最终找到了较好的配比材料即:0.4CNT+0.6LNT在1225℃下烧结的性能为εr=128.7,Q×f=1712GHz,ηf=20.77 ppm/℃。在找到好的材料LNT来降低频率温度系数后,进行了CNT微波介质陶瓷的低温降烧研究。加入了两种低熔点的降烧剂:VC(CuO-V2O5),LBZ(La2O3-H3BO3-ZnO)玻璃。通过实验结果可知LBZ玻璃可以有效的降低CNT微波介质陶瓷的烧结温度,它将其烧结温度由1350℃降低至975℃。掺入了质量分数为3%的LBZ玻璃在975℃烧结显示出了优越的微波介电性能:εr=87.87,Q×f=8132GHz(f=4.4 GHz),ηf=244.63 ppm/℃.最后将CNT,LNT,LBZ玻璃按照(1-x)CNT+x LNT+ywt.%LBZ(x=0.4,0.5,0.6,y=3,5,7,9)的配比进行复合掺杂,在不同温度下进行烧结,可将CNT的烧结温度降低至1000℃,频率温度系数降低至5.06 ppm/℃,0.5CNT+0.5LNT+3wt.%LBZ显示出了优良的微波介电性能:εr=94.9,Q×f=1887GHz,ηf=5.06 ppm/℃。
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