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1、Li3Mg2NbO6系微波介質(zhì)陶瓷摻雜改性與低溫?zé)Y(jié)的研究TheresearchondopingmodificationandlowtemperaturesinteringinLi3Mg2NbO6basedmicrowavedielectricceramics工程領(lǐng)域：集成電路工程作者姓名：劉路指導(dǎo)教師：張平副教授企業(yè)導(dǎo)師：陳力穎天津大學(xué)電氣自動(dòng)化與信息工程學(xué)院二零一七年十一月摘要現(xiàn)代通信技術(shù)的高速發(fā)展對(duì)微波器件性能的要求不斷提高。微波介質(zhì)陶瓷作為微波器件的關(guān)鍵材料，探尋陶瓷新體系、優(yōu)化其性能以及降低燒結(jié)溫度已成為研究熱點(diǎn)。Li3Mg2NbO6陶瓷是近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的一種新型的低介低損耗微波介
2、質(zhì)材料，但是因其本身具有較高的燒結(jié)溫度、較低的Q×f值以及較大的負(fù)τf值使得Li2+5+3Mg2NbO6陶瓷并不能滿(mǎn)足微波器件的實(shí)際應(yīng)用要求。本文通過(guò)Mg和Nb離子置換的方法來(lái)調(diào)控Li3Mg2NbO6陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)，改善燒結(jié)特性以及優(yōu)化其微波介電性能。并在此基礎(chǔ)上，引入低熔點(diǎn)化合物、玻璃和復(fù)合燒結(jié)助劑降低Li3(Mg0.96Ca0.04)2NbO6陶瓷的燒結(jié)溫度，研究了燒結(jié)助劑對(duì)陶瓷的燒結(jié)特性、物相組成、微觀形貌以及微波介電性能的影響。1.采用A2+(Ca2+,Mn2+,Ni2+,Co2+)置換Mg2+以改善Li3Mg2NbO6陶瓷的微波介電性能。研究表明，A2+置換Mg2+后，形成了L
3、i3(Mg1-xAx)2NbO6固溶體，均改善了陶瓷的燒結(jié)特性和微波介電性能。采用克莫方程計(jì)算的Li3(Mg1-xAx)2NbO6陶瓷的實(shí)際離子極化率可以與其理論離子極化率符合得很好。同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)Li3(Mg1-xAx)2NbO6陶瓷的孔隙校正介電常數(shù)εpc值是決定其諧振頻率溫度系數(shù)τf值的一個(gè)主要因素，并且推導(dǎo)出了Li3Mg2NbO6系陶瓷的τf與εpc之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式。(a)、當(dāng)Ca2+、Mn2+、Co2+置換Mg2+后，其晶胞體積與x值呈正比關(guān)系，陶瓷的實(shí)際離子極化率與理論離子極化率都隨著x值的增加而增大。當(dāng)x=0.04時(shí)，Lio3(Mg0.96Ca0.04)2NbO6陶瓷在114
4、0C燒結(jié)時(shí)具有較高的Q×f值122,082GHz；當(dāng)x=0.02時(shí)，Lio3(Mg0.98Mn0.02)2NbO6陶瓷在1125C燒結(jié)時(shí)具有近零的τf值-4.57ppm/oC和較大的Q×f值110,582GHz；當(dāng)x=0.06時(shí)，Li3(Mg0.94Co0.06)2NbO6陶瓷oC燒結(jié)時(shí)具有最小的τo2+2+在1150f值為-1.04ppm/C。(b)、當(dāng)Ni置換Mg時(shí)，其晶胞體積與x值呈反比關(guān)系，陶瓷的實(shí)際離子極化率與理論離子極化率都隨著x值的增加而減小。當(dāng)x=0.04時(shí)，Lio3(Mg0.96Ni0.04)2NbO6陶瓷在1175C燒結(jié)時(shí)具有最大的Q×f值126,784GHz和近零的
5、τoC。f值-2.63ppm/2.采用B5+(Ta5+,Sb5+)置換Nb5+以改善Li3Mg2NbO6陶瓷的微波介電性能。研究表明，B5+置換Nb5+后，均形成了Li3Mg2(Nb1-xBx)O6固溶體，其晶胞體積與x值呈反比關(guān)系，而理論離子極化率與實(shí)際離子極化率都隨著x值的增加而增大。并且陶瓷的τf值和εpc值都隨著x值的增加而表現(xiàn)出了相似的變化趨勢(shì)。(a)、當(dāng)x=0.02時(shí)，Lio3Mg2(Nb0.98Ta0.02)O6陶瓷在1150C燒結(jié)時(shí)具有較高的Q×f值110,443GHz；(b)、當(dāng)x=0.06時(shí)，Lio3Mg2(Nb0.94Sb0.06)O6陶瓷在1150C燒結(jié)的Q×f值
6、為I95,487GHz。3.采用LiF,Li2O-B2O3-Bi2O3-SiO2(LBBS),Bi2O3,BaCu(B2O5)(BCB)作為燒結(jié)助劑實(shí)現(xiàn)Li3(Mg0.96Ca0.04)2NbO6陶瓷的低溫?zé)Y(jié)，系統(tǒng)地研究了摻雜后陶瓷的燒結(jié)特性，微觀形貌以及微波介電性能的變化規(guī)律。研究表明，四種燒結(jié)助劑均能有效地降低Li3(Mg0.96Ca0.04)2NbO6陶瓷的燒結(jié)溫度，但只有LiF在降低陶瓷燒結(jié)溫度的同時(shí)還能保持較好的微波介電性能。當(dāng)添加6wt.%LiF時(shí)，Lio3(Mg0.96Ca0.04)2NbO6陶瓷在900C燒結(jié)時(shí)具有最優(yōu)異的微波介電性能：εr?15.85，Q×f?98,0
7、12GHz，τof?-28.6ppm/C。關(guān)鍵詞：Li3Mg2NbO6，離子置換，低溫?zé)Y(jié)，微波介質(zhì)陶瓷IIABSTRACTTherapiddevelopmentofmoderncommunicationtechnologyhasmademoredemandsoftheperformanceofmicrowavedevices.Becausemicrowavedielectricceramicwasthekeymaterialsof
