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ZnO-1.1TiO_2微波介质陶瓷的水热—固相法合成及低温烧结研究

作　者: 袁玲玲
导　师: 喻佑华
学　校: 景德镇陶瓷学院
专　业: 材料物理与化学
关键词: 水热法 ZnO-1.1TiO2 低温烧结 掺杂 微波介电性能
分类号: TQ174.75
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


随着微波技术的高速发展,需要具有低温烧结的高性能的微波介质材料来满足微波元器件微型化发展要求。为满足此要求,利用低温共烧陶瓷(Low temperature cofired ceramic,LTCC)技术设计制造片式多层微波器件已成为当今的研究热点。低温共烧陶瓷以其优异的电子、机械、热学特性,已成为未来电子元件集成化、模组化的首选方式,在全球发展迅速,广泛用于基板、封装及微波器件等领域。ZnTiO3陶瓷具有介电常数高、介电损耗低、频率温度系数小等特点,如能提高钛酸锌陶瓷中ZnTiO3相的热稳定性,并和LTCC技术制造工艺匹配,将是理想的LTCC介质材料。本文采用水热法合成ZnO-TiO2前驱体氧化物,并以此为原料通过传统氧化物固相煅烧法合成ZnO-1.1TiO2。实验发现,180℃反应8h、填充度为80%的水热条件下合成的物料,其合成偏钛酸锌的最佳温度为800～850℃。钛酸锌陶瓷的致密化行为主要发生在1020～1070℃。在此基础上,我们分别添加V2O5-Bi2O3(简写为VB),CuO-V2O5(简写为CV)及CuO-V2O5-Bi2O3(简写为CVB),并利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等技术手段研究了不同烧结温度下六方相ZnTiO3的热稳定性、显微形貌特征及微波介电性能等。结果表明:添加了0.5wt%V2O5-Bi2O3的ZnO-1.1TiO2陶瓷,谐振频率温度系数曲线经过零点,添加0.5wt%VB样品的微波介电性能为:εr≈25.3,Qf≈20860GHz,τf≈+2ppm/℃。CuO或V2O5的加入并没有影响钛酸锌陶瓷的相组成,870℃烧结添加CV样品的微波介电性能为:εr≈28,Qf≈20000GHz,τf≈+6ppm/℃。添加CuO-V2O5-Bi2O3能够抑制钛铁矿相ZnTiO3的分解,具有很好的降温作用,830℃烧结掺杂2wt%CVB的陶瓷的体积密度最大,为理论密度的98.8%,微波介电性能为:εr=30,Qf=33460GHz,τf=6ppm/℃。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
1 引言  7-8
2 文献综述  8-21
  2.1 微波介质陶瓷概况  8-12
    2.1.1 微波介质陶瓷的性能参数  8-10
    2.1.2 微波介质陶瓷的分类及研究现状  10-12
  2.2 低温烧结微波介质陶瓷  12-14
    2.2.1 固有烧结温度低的微波介质陶瓷  12-13
    2.2.2 外加烧结助剂的微波介质陶瓷  13-14
  2.3 ZnO-TiO_2 系微波介质陶瓷材料概述  14-19
    2.3.1 ZnO-TiO_2 陶瓷的相结构  15-17
    2.3.2 ZnO-TiO_2 系陶瓷的研究现状  17-19
      2.3.2.1 ZnO-TiO_2 系陶瓷的掺杂改性研究  17-18
      2.3.2.2 ZnO-TiO_2 系陶瓷的低温烧结研究  18-19
  2.4 课题的提出及其意义  19-21
3 水热法合成ZnO-TiO_2 复合氧化物粉体的研究  21-28
  3.1 引言  21
  3.2 实验  21-23
    3.2.1 实验所用原料及设备  21-22
    3.2.2 水热合成反应流程  22-23
    3.2.3 样品表征  23
  3.3 水热反应条件的影响  23-27
    3.3.1 反应温度的影响  23-25
    3.3.2 反应时间的影响  25-26
    3.3.3 填充度的影响  26-27
  3.4 本章小结  27-28
4 ZnTiO_3 陶瓷的合成及微波介电性能  28-36
  4.1 引言  28
  4.2 实验  28-30
    4.2.1 实验所用原料及设备  28
    4.2.2 工艺流程  28-29
    4.2.3 陶瓷试样的测试与表征  29-30
      4.2.3.1 陶瓷试样的相结构与显微结构分析  29
      4.2.3.2 陶瓷试样的体积密度测试  29-30
      4.2.3.3 陶瓷试样的微波介电性能测试  30
  4.3 结果分析与讨论  30-35
    4.3.1 合成温度对合成偏钛酸锌(ZnTiO_3)物相组成的影响  30-31
    4.3.2 样品的烧结特性和显微结构分析  31-33
    4.3.3 微波介电性能分析  33-35
  4.4 本章小结  35-36
5 ZnO-1.1TiO_2陶瓷的低温烧结研究  36-53
  5.1 引言  36
  5.2 实验  36-37
    5.2.1 实验原料  36
    5.2.2 助烧剂配比及含量  36-37
  5.3 V_2O_5-Bi_2O_3 复合掺杂对ZnO-1.1TiO_2 陶瓷烧结及介电性能的影响  37-42
    5.3.1 V_2O_5-Bi_2O_3 复合掺杂对钛酸锌陶瓷相结构的影响  37-39
    5.3.2 V_2O_5-Bi_2O_3 复合掺杂对钛酸锌陶瓷密度及显微结构的影响  39-40
    5.3.3 V_2O_5-Bi_2O_3 复合掺杂对钛酸锌陶瓷介电性能的影响  40-42
  5.4 CuO-V_2O_5 复合掺杂对ZnO-1.1TiO_2 陶瓷烧结及介电性能的影响  42-46
    5.4.1 CuO-V_2O_5 复合掺杂对钛酸锌陶瓷相结构的影响  42-43
    5.4.2 CuO-V_2O_5 复合掺杂对钛酸锌陶瓷密度及显微结构的影响  43-45
    5.4.3 CuO-V_2O_5 复合掺杂对钛酸锌陶瓷介电性能的影响  45-46
  5.5 CVB 对ZnO-TiO_2 陶瓷烧结及介电性能的影响  46-51
    5.5.1 CVB 对钛酸锌陶瓷相结构的影响  46-48
    5.5.2 CVB 对钛酸锌陶瓷密度及显微结构的影响  48-49
    5.5.3 CVB 对钛酸锌陶瓷介电性能的影响  49-51
  5.6 本章小结  51-53
6 结论与展望  53-55
  6.1 结论  53
  6.2 展望  53-55
致谢  55-56
参考文献  56-60

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 硅酸盐工业 > 陶瓷工业 > 陶瓷制品 > 工业用陶瓷
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