文档介绍：南京航空航天大学
硕士学位论文
Li2MgSiO4基微波介质陶瓷的低温烧结及微波介电性能
姓名:李冉
申请学位级别:硕士
专业:材料学
指导教师:傅仁利
2011-03
南京航空航天大学硕士学位论文
中文摘要
随着通信频率进一步向高频范围拓展,低介陶瓷材料在介质基板和微波天线及高端或高频
微波元器件等领域得到广泛应用,低介电常数(εr<10)和超高品质因数 Q 的微波介质陶瓷材料成
为介质材料研究的热点。而技术是实现微波元器件向高频、高速、轻质、薄型等方向发
展的重要途径,因此,降低微波介质陶瓷烧结温度,使其能够同低成本的金属(Ag、Cu)共烧
也是目前研究的主要方向。
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Li2MgSiO4 基微波介质陶瓷具有较低的介电常数(εr=)极低的介电损耗(tanδ=×10 ),但
是对该材料进行系统的低烧及改性研究罕有报道。本文选取 Li2MgSiO4 基低介电常数微波介质
陶瓷作为研究对象,研究了 Li2MgSiO4 的预处理制度、烧结制度对陶瓷烧结性能和微波介电性
能的影响,以确定最佳制备工艺;分别采用 B2O3、ZnO-B2O3-SiO2 玻璃(ZBS)作为其烧结助剂,
研究了其低温烧结性能;采用预烧后的 CaO-TiO2 以合成 CaTiO3,以调整 ZnO-B2O3 -SiO2(玻璃)
助烧的 Li2MgSiO4 陶瓷的τf。具体研究内容和结果如下所示:
(1) 研究了 Li2MgSiO4 的微观结构与介电性能。根据混匀的 Li2MgSiO4 陶瓷原始粉料的
DTA-TG 曲线,初步确定材料的预烧温度,再根据其预烧温度、烧结温度、烧结时间对烧结性
能和微波介电性能的影响,确定最佳制备工艺。研究发现,预烧温度为 850°C,在 1250°C 下烧
结 2 h,介电性能最佳:εr = ,Q⋅f = 12600 GHz,τf = -170ppm/°C。
(2)研究了 B2O3、ZBS 烧结助剂对陶瓷烧结特性和微波介电性能的影响,实验发现,添加
2wt%的 B2O3 或 ZBS 分别将烧结温度降至 810°C 和 960°C,且具有较好的微波介电性能。其中
2wt%B2O3+ Li2MgSiO4 陶瓷的介电性能为:εr = ,Q⋅f = 107000GHz,τf = -217ppm/°C,而
2wt%ZBS+ Li2MgSiO4 陶瓷的介电性能为:εr = ,Q⋅f = 74,100GHz,τf = -163ppm/°C。
(3)添加 CaTiO3 粉体对 ZBS 助烧的 Li2MgSiO4 陶瓷的τf 进行改进,实验发现,该粉体可有
效改善 Li2MgSiO4 陶瓷的τf 至近零,但是其 Q 值急剧降低、介电常数增大。添加 30mol%的 CaTiO3
粉体后,1000°C 烧结 2 h 的微波介电性能为:εr = ,Q⋅f = 10600GHz,τf = -7 ppm/°C。而添
加量为 25mol%时,陶瓷的综合介电性能最佳,其εr=,Q⋅f=18600GHz,τf= -30ppm/°C。

关键词:微波介质陶瓷, 低温共烧陶瓷(), 介电性能, Li2MgSiO4, 低介电常数
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Li2MgSiO4 基微波介质陶瓷的低温烧结及微波介电性能
Abstract
With the rapid development of munication and radar technologies, research on
microwave dielectric resonant materials with low dielectric constant and high Q and near-zero
resonant frequency temperature coefficients has attracted much attention. is an important
technology to realize the high speed, light weight, miniaturization and so on. Consequently, the
decrease of sintering temperature for co-firing with concuctive matals also es a hot research
field.
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Li2MgSiO4 ceramics have low dielectric constant(εr=) and low loss (tanδ=