BaO-Ln2O3-TiO2（Ln=La，Nd，Sm）陶瓷的微波合成及其低温烧结技术研究

论文摘要

以低温共烧陶瓷（low-temperature co-fired ceramic, LTCC）技术为基础的多层结构设计可有效减小电子元器件的体积,满足电子装备小型化、轻量化、多功能化、高性能化发展要求。国内LTCC技术的开发尚处于起步阶段,所用LTCC材料基本依赖进口,因此研发高性能的LTCC材料具有重大意义。论文以BaO-Ln2O3-TiO2陶瓷(通式为Ba6-3xLn8+2xTi18O54,缩写记为BLnT,Ln取稀土元素La、Nd和Sm,根据元素不同分别记为BLT、BNT和BST)为研究对象,开展BLnT陶瓷的微波合成与低温烧结技术研究。系统研究了BLnT陶瓷的微波合成工艺,采用XRD、SEM、DSC/TG等方法分析表征陶瓷的性能,通过添加低熔点玻璃实现了BLnT陶瓷的低温烧结,并系统研究了低温烧结陶瓷的性能。系统研究了微波合成工艺参数对BNT陶瓷性能的影响。结果表明:微波加热可实现BNT陶瓷的低温快速合成,且晶粒细小均匀;加热温度、保温时间和升温速率对BNT陶瓷介电常数影响较大,但对相组成影响较小;以15℃/min升至1100℃保温30min所得单相BaNd2Ti4O12陶瓷介电常数最高,εr=77.3。通过改变BLnT陶瓷中稀土元素的种类和含量,在相同的微波合成工艺下,实验发现:BNT陶瓷在0.3<x≤0.75时可合成单相BaNd2Ti4O12陶瓷,其中x=0.67时有最大介电常数（εr=77.3）;BLT陶瓷在0.5<x≤0.75时可合成单相BaLa2Ti4O12陶瓷,其中x=0.67时有最大介电常数（εr=96.6）;BST陶瓷在0.3<x≤0.75之间都很难合成单相BaSm2Ti4O12陶瓷。系统研究了玻璃含量、陶瓷合成温度、陶瓷成份对低温烧结性能的影响。结果表明:1100℃合成的BNT（x=0.67）陶瓷添加45wt%玻璃于900℃烧结2h所得样品介电性能最佳（εr=38.3,tanδ=19×10-4,σf=106.1Mpa,λ=2.328W/（m·K））。随着玻璃含量增高,烧结致密度提高,玻璃与陶瓷界面反应减弱;随着BNT陶瓷合成温度的增高,晶粒尺寸变大,均匀度下降,介电常数先增大后减小再增大,在1100℃所得BNT陶瓷加玻璃烧结后介电常数最高;随着Nd含量增高,玻璃相析晶现象和界面反应减弱。BLT和BST陶瓷添加45wt%玻璃后都可在900℃烧结致密化,但综合性能均比玻璃/BNT陶瓷差。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 低温共烧陶瓷（LTCC）技术
• 1.1.1 LTCC 技术简介
• 1.1.2 LTCC 技术所用基板材料的特点
• 1.1.3 LTCC 基板材料的分类
• 2O₃-TiO₂ 体系陶瓷的特点及研究现状'>1.2 BaO-Ln₂O₃-TiO₂体系陶瓷的特点及研究现状
• 2O₃-TiO₂ 体系陶瓷的性能特点'>1.2.1 BaO-Ln₂O₃-TiO₂体系陶瓷的性能特点
• 2O₃-TiO₂ 体系陶瓷的研究现状'>1.2.2 BaO-Ln₂O₃-TiO₂体系陶瓷的研究现状
• 1.3 微波烧结技术的原理、特点及应用
• 1.3.1 微波烧结的工作原理及特点
• 1.3.2 微波烧结技术在陶瓷材料中的应用
• 1.4 论文研究的意义、内容及创新点
• 1.4.1 研究意义
• 1.4.2 研究内容
• 1.4.3 创新点
• 第二章 实验过程及方法
• 2.1 实验所用原料和设备
• 2.1.1 实验用原料
• 2.1.2 实验用主要设备
• 2.2 实验技术路线
• 2.3 样品制备
• 2.3.1 玻璃粉体的制备
• 2.3.2 陶瓷粉体的制备
• 2.3.3 玻璃/BLnT 样品的制备
• 2.3.4 样品的烧结
• 2.4 分析与测试
• 2.4.1 粉体密度测量
• 2.4.2 圆片密度测试
• 2.4.3 粉体粒径测试
• 2.4.4 微观形貌分析
• 2.4.5 烧结性能测试
• 2.4.6 介电性能测试
• 2.4.7 抗弯强度测试
• 2.4.8 热导率测试
• 第三章 BNT 陶瓷粉体合成工艺研究
• 3.1 BNT 陶瓷固相反应过程分析
• 3.2 加热方式对BNT 陶瓷生成相与微观形貌的影响
• 3.3 微波合成工艺对BNT 陶瓷性能的影响
• 3.3.1 合成温度对BNT 陶瓷性能的影响
• 3.3.2 保温时间对BNT 陶瓷性能的影响
• 3.3.3 升温速率对BNT 陶瓷性能的影响
• 3.4 小结
• 2O₃-TiO₂陶瓷的性能研究'>第四章 微波合成BaO-Ln₂O₃-TiO₂陶瓷的性能研究
• 2O₃-TiO₂ 陶瓷的性能研究'>4.1 微波合成BaO-La₂O₃-TiO₂陶瓷的性能研究
• 2O₃-TiO₂ 陶瓷的性能研究'>4.2 微波合成BaO-Nd₂O₃-TiO₂陶瓷的性能研究
• 2O₃-TiO₂ 陶瓷的性能研究'>4.3 微波合成BaO-Sm₂O₃-TiO₂陶瓷的性能研究
• 4.4 小结
• 2O₃-TiO₂陶瓷的低温烧结研究'>第五章 BaO-Ln₂O₃-TiO₂陶瓷的低温烧结研究
• 5.1 低熔点玻璃的制备与性能研究
• 5.1.1 低熔点玻璃成份设计与制备
• 5.1.1.1 氧化物的选择
• 5.1.1.2 氧化物含量的确定以及玻璃的制备
• 5.1.2 低熔点玻璃的基本性能研究
• 5.2 BLnT-G 陶瓷的烧结致密化
• 5.3 BNT 陶瓷的低温烧结研究
• 5.3.1 玻璃含量对复合材料性能的影响
• 5.3.2 BNT 陶瓷合成工艺对复合材料性能的影响
• 5.3.3 Nd 掺杂量对复合材料性能的影响
• 5.4 BLT 陶瓷的低温烧结研究
• 5.5 BST 陶瓷的低温烧结研究
• 5.6 小结
• 第六章 结 论
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果