关键词:
Li3Mg4NbO8陶瓷
玻璃
温度稳定性
LTCC
微波介电性能
摘要:
在微波通信技术领域,鉴于电子设备向高密度集成化的发展需求,低温共烧陶瓷技术(LTCC)以其低成本、高一体化及强大的兼容性成为了热门的集成技术。本研究针对Li3Mg4NbO8微波介质陶瓷材料进行了深入探讨,尤其是针对其较高的烧结温度和温度稳定性不足的问题。通过对B位离子进行替换,并添加LBBS及LMZBS玻璃作为掺杂剂,本文详细分析了这些处理对材料的物相结构、烧结行为及微波介电性能的影响。
本研究采用化学价态相同的Zn2+离子替换部分Mg2+离子,制备了Li3(Mg0.98Zn0.02)4NbO8陶瓷样品,并在1175℃下烧结5小时。结果显示,此种离子替换显著优化了陶瓷的微波介电性能。经过处理的陶瓷样品表现出了卓越的微波介质特性,具体表征参数为:介电常数(εr)=17.56,Q×f=121,584 GHz,谐振频率温度系数(τ_f)=-13.4ppm/°C。该结果证明了Zn2+离子替换对提升材料微波介电性能的有效性,为进一步开发高性能微波介质陶瓷提供了重要依据。
为了克服Li3Mg4NbO8陶瓷在与Ag共烧时因高温不适用于低温共烧陶瓷技术(LTCC)的问题,本研究进行了烧结温度降低的实验,采用了熔点较低的LBBS和LMZBS玻璃作为助烧剂,这两种玻璃均能将Li3Mg4NbO8陶瓷的烧结温度从1150°C降低到950°C,同时保持了其优异的微波介电性能。实验结果显示,含有1.5wt.%LBBS的Li3Mg4NbO8陶瓷在950°C烧结后具有以下介电特性:εr为13.04,Q×f值达47,951 GHz,τ_f为-19?±?1 ppm/°C。而含有1.5wt.%LMZBS的Li3Mg4NbO8陶瓷在950°C烧结后显示了以下特性:εr为14.16,Q×f值为109,704 GHz,τ_f为-31?±?1 ppm/°C。
在Li3Mg4NbO8陶瓷中添加LMZBS玻璃,并添加具有正温度特性的Ti O2,所得复合陶瓷既满足了低温共烧技术的要求,又具有良好的温度稳定性。研究表明,随着Ti O2含量的增加,微波介电陶瓷的谐振频率温度系数向正方向移动,并逐渐趋近于零。在950°C下烧结的0.93Li3Mg4NbO8-0.07Ti O2-1.5wt.%LMZBS复合陶瓷显示出以下介电特性:介电常数(εr)为34.978,Q×f值为20,666 GHz,τ_f为5.05 ppm/°C。这些结果不仅验证了Ti O2掺杂比例调整的有效性,也为进一步优化此类微波介电陶瓷的性能提供了有价值的数据和理论依据。