本文關鍵詞：低介電常數(shù)聚陰離子型微波電介質(zhì)陶瓷的研究

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【摘要】：近年來,低溫共燒陶瓷LTCC技術以及單片微波集成電路MMIC技術得到飛速發(fā)展,對介質(zhì)陶瓷材料的要求除了具有低介電常數(shù)、高品質(zhì)因數(shù)、近零諧振頻率溫度系數(shù)之外,又提出了如低燒結溫度、可與金屬電極共燒等要求。本文研究了聚陰離子型介質(zhì)如Mg_2SiO_4-LiMgPO_4和LiMnPO_4等陶瓷的合成和介電特性,并通過引入正諧振頻率溫度系數(shù)金紅石相TiO_2獲得了近零諧振頻率溫度系數(shù)的微波介質(zhì)陶瓷,系統(tǒng)研究了材料的反應動力學、材料與金紅石相或銀電極的高溫化學兼容性和介電弛豫特性等,具體內(nèi)容如下:采用傳統(tǒng)的固相反應法合成了Mg_2SiO_4-LiMgPO_4粉體,研究結果表明(Li+P5+)可取代Mg_2SiO_4中的(Mg_2+Si4+),在合適的燒結溫度下可實現(xiàn)任意比例固溶,0.5Mg_2SiO_4-0.5LiMgPO_4的物相組成與熱處理溫度密切相關;和金紅石相的共燒反應說明,(1-x)[Mg_2SiO_4-xLiMgPO_4](x=0.5,0.7,0.9)體系可與TiO_2維持良好的化學兼容性,分析認為可能是由于較大體積的LiO6八面體對MgO6八面體起到了壓縮作用,從而縮短Mg-O鍵長并增加鍵強度,使得Mg_2+難以被釋放并與TiO_2結合,從而提高與TiO_2的化學兼容性;優(yōu)化的微波介電陶瓷為1050°C燒結的0.35Mg_2SiO_4-0.35LiMgPO_4-0.3TiO_2陶瓷,此時,其具有低介電常數(shù)(11.4)、高品質(zhì)因數(shù)(31,800 GHz)以及近零諧振頻率溫度系數(shù)(-4 ppm/°C)。具有橄欖石結構的Li MnPO_4通常被研究用于鋰離子電池的電極材料,而在本文研究中發(fā)現(xiàn)其可應用于低溫共燒微波介質(zhì)陶瓷。首先通過固相反應法,以多聚磷酸銨(APP)作為PO_4前軀體一步合成了單相LiMnPO_4,并研究了其在不同溫度下的反應動力學;LiMnPO_4在750°C燒結可獲得相對密度高于95%的致密陶瓷,且與銀電極可共燒無反應;介電頻譜測試表明,LiMnPO_4具有介電弛豫特性,且符合冪律關系的介電普適響應,并擬合為由電容和恒相位元件(CPE)的并聯(lián)等效模型;LiMn PO_4陶瓷最優(yōu)化的微波介電性能于750°C燒結獲得,其中er=8.1,Q×f=44,224 GHz,且可與Ag電極共燒;在LiMnPO_4中引入二氧化鈦后,其可于900~975°C燒結致密,諧振頻率溫度系數(shù)|tf|≤5 ppm/°C。
【關鍵詞】：微波介質(zhì)材料 介電弛豫 鎂橄欖石 LiMgPO_4 LiMnPO_4
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ174.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-37
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 射頻基板材料11-21
• 1.2.1 射頻微波電路的介電性能參數(shù)11-19
• 1.2.2 常用射頻微波基板材料19-21
• 1.3 微波介質(zhì)陶瓷21-28
• 1.3.1 微波介質(zhì)陶瓷的發(fā)展歷程22-23
• 1.3.2 微波介質(zhì)陶瓷的特點、分類和原理23-28
• 1.4 低溫共燒陶瓷技術28-34
• 1.4.1 低溫共燒陶瓷技術介紹28-31
• 1.4.2 降低微波介質(zhì)材料燒結溫度的途徑31-34
• 1.5 課題的提出34-37
• 1.5.1 聚陰離子型微波介質(zhì)陶瓷34-35
• 1.5.2 課題的提出35-37
• 第二章 實驗方案及表征方法37-45
• 2.1 實驗試劑和儀器37-39
• 2.2 性能測試和表征方法39-45
• 2.2.1 陶瓷樣品的制備39
• 2.2.2 性能測試39-45
• 第三章 Mg_2SiO_4-LiMgPO_4-TiO_2陶瓷的制備與介電性能45-62
• 3.1 前言45-47
• 3.2 樣品制備及測試47-49
• 3.2.1 Mg_2SiO_4-Li MgPO_4復合陶瓷的制備47-48
• 3.2.2 Mg_2SiO_4-Li MgPO_4-TiO_2復合陶瓷的制備48-49
• 3.2.3 電學性能測試49
• 3.3 Mg_2SiO_4與LiMgPO_4的固溶特性49-55
• 3.4 Mg_2SiO_4-Li MgPO_4與TiO_2的化學兼容性研究55-57
• 3.5 Mg_2SiO_4-Li MgPO_4-TiO_2的性能研究57-61
• 3.6 本章小結61-62
• 第四章 LiMnPO_4陶瓷的制備與介電性能62-76
• 4.1 前言62-63
• 4.2 實驗方案63-64
• 4.2.1 LiMnPO_4陶瓷的制備63-64
• 4.2.2 LiMnPO_4-TiO_2復合陶瓷的制備64
• 4.3 LiMnPO_4的合成反應動力學64-67
• 4.4 LiMnPO_4與Ag電極的化學兼容性67-68
• 4.5 LiMnPO_4的燒結特性68-69
• 4.6 LiMnPO_4陶瓷的介電弛豫特性與普適介電響應69-71
• 4.7 LiMnPO_4陶瓷的微波介電性能71-72
• 4.8 LiMnPO_4-TiO_2陶瓷的燒結和介電特性72-74
• 4.9 本章小結74-76
• 第五章 全文總結76-78
• 參考文獻78-91
• 攻讀碩士學位期間取得的研究成果91-92
• 致謝92-93
• 附件93

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