【摘 要】
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单斜相钡长石（BaAl2Si2O8,BAS）陶瓷因具有优良的微波介电性能而受到了广泛关注,但钡长石材料经高温烧结后总是生成性能较差的六方相。目前,电子器件逐渐趋于小型化、集成化,而实现这些要求的低温共烧陶瓷（LTCC）技术也成为了研究热点。根据LTCC的要求,钡长石还存在烧结温度较高（>1400℃）,谐振频率温度系数（τf）未达到近零的问题。本文利用固相工艺,采用Al位离子取代和两相复合的方法研究
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单斜相钡长石（BaAl2Si2O8,BAS）陶瓷因具有优良的微波介电性能而受到了广泛关注,但钡长石材料经高温烧结后总是生成性能较差的六方相。目前,电子器件逐渐趋于小型化、集成化,而实现这些要求的低温共烧陶瓷（LTCC）技术也成为了研究热点。根据LTCC的要求,钡长石还存在烧结温度较高（>1400℃）,谐振频率温度系数（τf）未达到近零的问题。本文利用固相工艺,采用Al位离子取代和两相复合的方法研究BAS系陶瓷的相转变情况和烧结特性,并引入键价理论分析其微波介电性能变化的原因,主要研究内容和结果如下:（1）向BaAl2Si2O8掺杂等价的Cr3+和高价的V5+离子取代Al3+,研究体系不生成氧空位时的相转变情况、显微形貌、微波介电性能等变化。结果表明,两种离子都可以促进BAS转变为单斜相,对BAS的微波介电性能有不同程度的改善,但却使体系的烧结温度极大地上升至1550-1575℃。BaAl1.99V0.01Si2O8在1575℃烧结后的微波介电性能为:εr=6.78,Q×f=39500 GHz,τf=-23.57×10-6/℃;BaAl1.99Cr0.01Si2O8在1550℃烧结后的性能为:εr=6.38,Q×f=53000 GHz,τf=-19.44×10-6/℃。（2）向BaAl2Si2O8掺杂低价离子(Ni2+、Cu2+、Li+)取代Al3+,使体系生成氧空位,研究氧空位的存在对体系相转变的推动作用、显微形貌和微波介电性能的影响。研究发现:低价离子掺杂后,体系生成氧空位有效促进了BAS陶瓷转变为单斜相,并且都较大程度提升了体系的致密性（相对密度>97%）,但对BAS陶瓷的降温效果有所区别。BaAl1.98Ni0.02Si2O8经1500℃烧结后微波介电性能最佳:εr=6.89,Q×f=53300 GHz,τf=-25.31×10-6/℃;BaAl1.99Cu0.01Si2O8在1425℃烧结后的性能为:εr=6.90,Q×f=31700 GHz,τf=-21.08×10-6/℃;BaAl1.98Li0.02Si2O8在1350℃烧结后取得最好的性能:εr=6.99,Q×f=48600 GHz,τf=-23.29×10-6/℃。随着掺杂量的增加,掺杂Li+的体系烧结温度降幅最大,综合考虑烧结温度和微波介电性能,Li+更适合存在于BAS陶瓷中。（3）为使BAS系陶瓷能满足LTCC要求,使用具有正谐振频率温度系数CaTiO3（CTO）和Ba3（VO4）2（BV）陶瓷分别与BAS复合调节以将其谐振频率温度系数,并添加Li2O-B2O3（LB）烧结助剂来降低体系的烧结温度,制备并研究0.97BAS-0.03CTO-xwt%LB和0.58BAS-0.42BV-xwt%LB复合陶瓷体系微波介电性能的变化。研究结果表明:CTO和BV分别与BAS复合后都能达到两相共存状态,两种陶瓷都可以将BAS谐振频率温度系数调节至近零。0.97BAS-0.03CTO-4wt%LB陶瓷在1025℃烧结后的微波介电性能为:εr=7.04,Q×f=9300 GHz,τf=+1.85×10-6/℃,虽然该陶瓷的τf值为近零,但Q×f值偏低（<10000 GHz）,并且烧结温度大于960℃,因此不满足LTCC应用要求。0.58BAS-0.42BV-3wt%LB陶瓷在950℃烧结后可获得近零的谐振频率温度系数,其性能为:εr=8.21,Q×f=13500 GHz,τf=-2.32×10-6/℃,经检测该样品能与Ag在950℃下共烧不发生反应,符合LTCC技术的基本要求,具有成为LTCC陶瓷基板的潜力。
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