Mg2SO4基微波介质陶瓷的性能优化及低温烧结研究

来源 :浙江大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lsyuanxue
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
现代通信电子产品的快速发展对微波模块的性能要求不断提升。作为微波电路基板、封装以及一些无源元器件的关键材料,微波介质陶瓷的性能优化和低温烧结技术已成为研究热点。  Mg2SnO4陶瓷具有低介电常数、低介电损耗的特点,是一种优良的低介微波介质材料。目前该体系的研究主要集中在Mg2SnO4的离子掺杂改性等方面,然而仍存在以下问题有待解决:(1)陶瓷的烧结温度为1600℃左右,烧结时SnO2挥发等原因导致气孔较多、致密度低;烧结温度过高,无法与Ag-Pd电极共烧。(2)谐振频率温度系数负值过大。  本文通过非化学计量比、离子取代的方法调控晶体结构,改善其烧结特性,并优化了微波介电性能;引入玻璃、低熔点化合物和复合助剂降低Mg2SnO4陶瓷烧结温度,研究添加剂对陶瓷烧结特性、相组成、微观形貌和微波介电性能的影响;引入CaTiO3对温度系数进行调整;研究了陶瓷与Ag-Pd电极的共烧性能。  (一)采用非化学计量比优化Mg2SnO4陶瓷烧结特性,提升微波介电性能。化学计量比Mg2SnO4陶瓷的XRD结构精修表明,陶瓷为完全反转的尖晶石结构,O以面心立方密堆,一半Mg2+离子占据四面体位置,另一半Mg2+离子同Sn4+离子共同占据八面体位置。使用固相法制备Mg过量的Mg2+xSnO4陶瓷,过量的Mg固溶于Mg2SnO4晶格间隙,引起的晶格畸变,从而提升陶瓷烧结特性,陶瓷介电性能也随致密度提升而得到优化。1620℃烧结的Mg2.15SnO4陶瓷获得了良好的微波介电性能:εr=7.42,Q×f=76800GHz,τf=-50 ppm/℃。  (二)研究了Al3+掺杂对Mg2SnO4晶体结构的影响及其对微波介电性能影响机理。XRD精修结果表明,掺杂的Al3+同时进入氧四面体和八面体位置,引起氧多面体的扭转和畸变、降低其对称性。Al3+的掺杂提高烧结活性,烧结时间由4h缩短至1h;适量掺杂改善Mg2SnO4陶瓷的烧结性能,同时增大了陶瓷的Q×f值;另一方面,计算发现Al3+掺杂导致了晶体结构中正离子键价升高,从而降低其τf值。Al3+掺杂量为0.05的陶瓷1620℃烧结1h获得良好的微波介电性能:εr=7.77,Q×f=53200 GHz,τf=-49 ppm/℃。  (三)采用铋酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃助剂降低MgSnO4陶瓷的烧结温度,研究了玻璃助剂添加的陶瓷体系物相组成、微观形貌与其介电性能之间的内在联系。(1)玻璃在加热时形成的低粘度液相可促进烧结、降低陶瓷烧结温度,15wt.%的铋酸盐玻璃或20wt.%硼硅酸盐玻璃添加可以将Mg2SnO4烧结温度从1620℃分别降至1350℃和1250℃附近;(2)添加玻璃助剂的Mg2SnO4陶瓷在烧结过程可能反应生成新的物相,影响陶瓷介电性能。铋酸盐玻璃添加的陶瓷中,玻璃含量20 wt.%时析出Bi2O3,阻碍陶瓷致密化,严重降低材料Q×f值;硼硅酸盐玻璃添加的陶瓷中,B2O3含量较少时会出现Mg2SiO4相,由于其本身具有极低的介电损耗,对添加硼硅酸盐玻璃助剂的Mg2SnO4陶瓷体系的介电性能有积极作用。(3)由于玻璃相的存在,添加玻璃助剂的Mg2SnO4陶瓷微波介电损耗较大。  (四)采用复合助剂LiF-Fe2O3-V2O5将Mg2SnO4烧结温度降低至1050℃,研究了复合助剂协同降温机制以及对微波介电性能的影响。烧结时,复合助剂熔化,形成典型液相烧结;同时,Fe3+离子进入晶格,导致晶格畸变,促进烧结传质过程。两种机制协同作用,使得添加复合助剂添相比单一助剂用量更少且具有更好的降温效果。加4 wt.% LiF-Fe2O3-V2O5复合烧结助剂的Mg2SnO4陶瓷在1050℃烧结得到了很好的介电性能:εr=7.90,Q×f=41400 GHz,τf=-80ppm/℃。陶瓷与Ag-Pd内电极共烧实验表明,陶瓷与电极间不发生化学反应,界面结合良好。使用CaTiO调节上述复合陶瓷的τf值,添加量为20%时可值上升为-5ppm/℃。
其他文献
本论文的工作主要分为两个方面:对磁力显微镜及其检测方法本身的研究和使用磁力显微镜研究薄膜磁畴结构的变化。磁力显微镜及其检测方法部分主要探讨了磁力显微镜的成像原理,着重研究了针尖状态影响磁畴成像的因素,以及减弱或消除这些影响的方法。应用磁力显微镜研究薄膜磁畴结构的变化部分主要研究了工艺、外加应力与剩余磁化强度对软磁薄膜磁畴结构的影响。实验结果表明:通过MFM观察不同厚度Co_(60)Fe_(20)B
期刊
针对两种重金属氯化物PbCl2、CdCl2,探究高岭土表面羟基对吸附重金属的作用.对高岭土进行煅烧及水热改性,并在两段式管式炉上进行高岭土捕集重金属氯化物蒸气实验,并使用原子
在新课标实施之前,作为数学教师都会要求学生做好课前预习,但随着新课程的深入展开和实施,许多专家、学者和教师对课前预习有了不同的看法和认识,认为:新课程以培养学生的数
期刊
以风能和太阳能为代表的新能源因绿色环保,循环可再生等优点受到越来越多的青睐,但受限于该类能源不连续、不稳定的特点,新能源并网难度很大。大规模储能系统有望解决新能源并网难题。钠离子电池具有较高的能量密度、绿色环保、原材料来源广泛、成本低廉等优势,是构建大规模储能系统的理想选择。本工作将目光放在负极材料上。锂离子电池常用的石墨负极无法可逆的脱嵌钠,其他碳材料中也鲜有超过300 mAhg-1容量。合金负
随着空调器制造技术的不断进步,对高效、节能、环保的要求愈来愈高,使用内螺纹铜盘管和亲水铝箔制作蒸发器和冷凝器的新型空调器得到了广泛的应用,高效传热和蒸发的内螺纹铜管也