低介电常数聚阴离子型微波电介质陶瓷的研究

发布时间：2017-08-03 06:14

  本文关键词：低介电常数聚阴离子型微波电介质陶瓷的研究

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【摘要】：近年来,低温共烧陶瓷LTCC技术以及单片微波集成电路MMIC技术得到飞速发展,对介质陶瓷材料的要求除了具有低介电常数、高品质因数、近零谐振频率温度系数之外,又提出了如低烧结温度、可与金属电极共烧等要求。本文研究了聚阴离子型介质如Mg_2SiO_4-LiMgPO_4和LiMnPO_4等陶瓷的合成和介电特性,并通过引入正谐振频率温度系数金红石相TiO_2获得了近零谐振频率温度系数的微波介质陶瓷,系统研究了材料的反应动力学、材料与金红石相或银电极的高温化学兼容性和介电弛豫特性等,具体内容如下:采用传统的固相反应法合成了Mg_2SiO_4-LiMgPO_4粉体,研究结果表明(Li+P5+)可取代Mg_2SiO_4中的(Mg_2+Si4+),在合适的烧结温度下可实现任意比例固溶,0.5Mg_2SiO_4-0.5LiMgPO_4的物相组成与热处理温度密切相关;和金红石相的共烧反应说明,(1-x)[Mg_2SiO_4-xLiMgPO_4](x=0.5,0.7,0.9)体系可与TiO_2维持良好的化学兼容性,分析认为可能是由于较大体积的LiO6八面体对MgO6八面体起到了压缩作用,从而缩短Mg-O键长并增加键强度,使得Mg_2+难以被释放并与TiO_2结合,从而提高与TiO_2的化学兼容性;优化的微波介电陶瓷为1050°C烧结的0.35Mg_2SiO_4-0.35LiMgPO_4-0.3TiO_2陶瓷,此时,其具有低介电常数(11.4)、高品质因数(31,800 GHz)以及近零谐振频率温度系数(-4 ppm/°C)。具有橄榄石结构的Li MnPO_4通常被研究用于锂离子电池的电极材料,而在本文研究中发现其可应用于低温共烧微波介质陶瓷。首先通过固相反应法,以多聚磷酸铵(APP)作为PO_4前躯体一步合成了单相LiMnPO_4,并研究了其在不同温度下的反应动力学;LiMnPO_4在750°C烧结可获得相对密度高于95%的致密陶瓷,且与银电极可共烧无反应;介电频谱测试表明,LiMnPO_4具有介电弛豫特性,且符合幂律关系的介电普适响应,并拟合为由电容和恒相位元件(CPE)的并联等效模型;LiMn PO_4陶瓷最优化的微波介电性能于750°C烧结获得,其中er=8.1,Q×f=44,224 GHz,且可与Ag电极共烧;在LiMnPO_4中引入二氧化钛后,其可于900~975°C烧结致密,谐振频率温度系数|tf|≤5 ppm/°C。
【关键词】：微波介质材料 介电弛豫 镁橄榄石 LiMgPO_4 LiMnPO_4
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ174.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-37
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 射频基板材料11-21
• 1.2.1 射频微波电路的介电性能参数11-19
• 1.2.2 常用射频微波基板材料19-21
• 1.3 微波介质陶瓷21-28
• 1.3.1 微波介质陶瓷的发展历程22-23
• 1.3.2 微波介质陶瓷的特点、分类和原理23-28
• 1.4 低温共烧陶瓷技术28-34
• 1.4.1 低温共烧陶瓷技术介绍28-31
• 1.4.2 降低微波介质材料烧结温度的途径31-34
• 1.5 课题的提出34-37
• 1.5.1 聚阴离子型微波介质陶瓷34-35
• 1.5.2 课题的提出35-37
• 第二章 实验方案及表征方法37-45
• 2.1 实验试剂和仪器37-39
• 2.2 性能测试和表征方法39-45
• 2.2.1 陶瓷样品的制备39
• 2.2.2 性能测试39-45
• 第三章 Mg_2SiO_4-LiMgPO_4-TiO_2陶瓷的制备与介电性能45-62
• 3.1 前言45-47
• 3.2 样品制备及测试47-49
• 3.2.1 Mg_2SiO_4-Li MgPO_4复合陶瓷的制备47-48
• 3.2.2 Mg_2SiO_4-Li MgPO_4-TiO_2复合陶瓷的制备48-49
• 3.2.3 电学性能测试49
• 3.3 Mg_2SiO_4与LiMgPO_4的固溶特性49-55
• 3.4 Mg_2SiO_4-Li MgPO_4与TiO_2的化学兼容性研究55-57
• 3.5 Mg_2SiO_4-Li MgPO_4-TiO_2的性能研究57-61
• 3.6 本章小结61-62
• 第四章 LiMnPO_4陶瓷的制备与介电性能62-76
• 4.1 前言62-63
• 4.2 实验方案63-64
• 4.2.1 LiMnPO_4陶瓷的制备63-64
• 4.2.2 LiMnPO_4-TiO_2复合陶瓷的制备64
• 4.3 LiMnPO_4的合成反应动力学64-67
• 4.4 LiMnPO_4与Ag电极的化学兼容性67-68
• 4.5 LiMnPO_4的烧结特性68-69
• 4.6 LiMnPO_4陶瓷的介电弛豫特性与普适介电响应69-71
• 4.7 LiMnPO_4陶瓷的微波介电性能71-72
• 4.8 LiMnPO_4-TiO_2陶瓷的烧结和介电特性72-74
• 4.9 本章小结74-76
• 第五章 全文总结76-78
• 参考文献78-91
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果91-92
• 致谢92-93
• 附件93

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本文编号：612982