摘 要

随着网络时代的高速发展，信息通信环境日益复杂，微波介质陶瓷成为介质材料领域的研究热点。为了满足微波设备能同时保持高速高品质的实际应用要求，世界各地研究人员关于低介电常数(ε_r)，高品质因数(Q×f)和近零的谐振频率温度系数（τ_f）的微波介质陶瓷材料开展了广泛的研究。

钒酸钡（Ba₃(VO₄)₂）陶瓷，介电性能优异，有很高的应用前景。但是它的烧结温度较高，无法满足低温共烧陶瓷技术的温度要求，为了解决这个问题，将烧结助剂Co₂O₃掺入Ba₃(VO₄)₂陶瓷中，论文表明当掺入3 wt.%的 Co₂O₃，在925℃下烧结，Ba₃(VO₄)₂陶瓷的介电性能均有所提升：ε_r = 14.64，Q×f = 54044 GHz，τ_f = 58.51 ppm/°C。在Ba₃(VO₄)₂-3wt.%Co₂O₃基陶瓷中再通过复合具有负τ_f的BaMoO₄，调节τ_f近零。其最佳组分为0.52Ba₃(VO₄)₂-0.48BaMoO₄-3wt.%Co₂O₃，950℃下烧结，获得最佳综合介电性能：ε_r=11.9，Q×f =43613GHz，τ_f =0.38ppm /℃。

关键词：微波介质陶瓷 钒酸钡 烧结温度 介电性能

Preparation and Properties of Co₂O₃ Doped Ba₃(VO₄)₂ Microwave Dielectric Ceramics

Abstract

With the rapid development of the network era, the information communication environment is becoming more and more complex, and microwave dielectric ceramics has become a research hotspot in the field of dielectric materials. In order to meet the replacement of microwave communication equipment, the goal of researchers is to adjust the microwave dielectric properties of microwave dielectric ceramics.

The application prospect of Ba₃(VO₄)₂ ceramic is so wide. However, its sintering temperature is high. It can not be used for LTCC technology. In order to solve this problem, the sintering aid Co₂O₃ is incorporated into Ba₃(VO₄)₂ ceramics. The paper shows that when 3 wt.% of Co₂O₃ is putted into it. When it is sintered at 925 °C ,the properties of Ba₃(VO₄)₂ ceramics will be better: ε_r = 14.64, Q × f = 54044 GHz, τ_f = 58.51 ppm / °C. In Ba₃(VO₄)₂-3wt.%Co₂O₃-based ceramics, BaMoO₄ with a negative τ_f is recombined to adjust τ_f to near zero. The optimum composition is 0.52Ba₃(VO₄)₂-0.48BaMoO₄-3wt.%Co₂O₃, sintered at 950 °C. The best overall dielectric properties were obtained: ε_r = 11.9, Q × f = 43613 GHz, τ_f = 0.38 ppm / °C

Key Words: Microwave dielectric ceramics; Ba₃(VO₄)₂; Sintering temperature;

Dielectric properties

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2微波介质陶瓷发展进程与研究现状 1

1.3微波介质陶瓷理论基础 2

1.4微波介质陶瓷的应用 4

1.4.1介质谐振器 4

1.4.2介质天线 4

1.4.3介质滤波器 4

1.5论文的提出与研究内容 4

1.5.1论文的提出 4

1.5.2 研究内容 5

第二章 实验方法 6

2.1实验原料 6

2.2实验仪器和设备 6

2.3 Ba₃(VO₄)₂样品制备工艺 6

2.4 Ba₃(VO₄)₂样品性能测试 8

2.4.1体积密度 8

2.4.2 XRD测试 8

2.4.3 SEM测试 8

2.4.4介电性能测试 9

第三章 结果与分析 10

3.1前言 10

3.2 Co₂O₃掺杂对Ba₃(VO₄)₂陶瓷的性能影响 10

3.2.1 Ba₃(VO₄)₂ 陶瓷体积密度与Co₂O₃掺量的关系 10

3.2.2 Ba₃(VO₄)₂陶瓷物相组成与Co₂O₃掺量的关系 11

3.2.3 Ba₃(VO₄)₂陶瓷显微结构与Co₂O₃掺量的关系 12

3.2.4 Ba₃(VO₄)₂陶瓷微波介电性能与Co₂O₃掺量的关系 12

3.3 (1-x)Ba₃(VO₄)₂-xBaMoO₄-3wt.%Co₂O₃(x=0.45-0.6)陶瓷的制备与性能研究 14

3.3.1 (1-x)Ba₃(VO₄)₂- x BaMoO₄-3wt.%Co₂O₃陶瓷的体积密度 15

3.3.2 (1-x)Ba₃(VO₄)₂- x BaMoO₄-3wt.%Co₂O₃陶瓷的物相组成 15

3.3.3 (1-x)Ba₃(VO₄)₂- x BaMoO₄-3wt.%Co₂O₃陶瓷的微观结构 16

3.3.4 (1-x)Ba₃(VO₄)₂- x BaMoO₄-3wt.%Co₂O₃陶瓷的微波介电性能 19

第四章 结论 21

参考文献 22

致谢 24

第一章 绪论

1.1引言

微波介质陶瓷是指应用于微波频段(300MHz-300GHz)电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷，它具有低微波损耗、高介电常数和接近于零的谐振频率温度系数等特点，已广泛应用于微波和移动通信领域^[1]。5G时代马上就要到来，为了满足微波设备能同时保持高速高品质的实际应用要求，世界各地研时究人员关于低介电常数(ε_rlt;20)，高品质因数(Q×f)和谐振频率温度系数（τ_f）近零的微波介质陶瓷材料开展了广泛的研究。

近年来，为满足微波电路小型化、集成化、低成本的发展需求，出现了低温共烧陶瓷技术(Low Temperature Co-fired Ceramic，LTCC)，是以在三维立体空间上进行电路设计，并根据设计的结构，将电极材料、介质基板以及电子元器件一次性烧成的封装技术^[2]。它除了要求有一般的微波介质陶瓷材料的性能外，还必须要求能够与内置电极层在低于金属导体的熔点温度下共同烧结，对于导电性很好的铜和银，它们的熔点分别为1064℃和961℃，因此，一般要求微波介质陶瓷的烧成温度应控制在950℃以下^[2]。

就目前已发现的微波陶瓷而言，拥有正温度系数的体系极其稀有，而Ba₃(VO₄)₂就是其中一种。不仅如此，它的品质因数还特别的高，有很高的应用前景。但是它的烧结温度较高，无法满足低温共烧陶瓷技术的温度要求，而掺杂低熔点氧化物添加剂可以有效解决问题。本实验采用的手段是添加Co₂O₃来把Ba₃(VO₄)₂的烧结温度降到950℃以下，并且讨论了它的最佳掺量。

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