非金属材料专业毕业设计（论文）外文翻译添加BaCu(B2O5)的 BaO–Re2O3–TiO2(Re = Sm, Nd)陶瓷的低温烧结.doc

添加BaCu(B2O5)的 BaORe2O3TiO2(Re = Sm, Nd)陶瓷的低温烧结 摘 要BaSm2Ti4O12 (BST) 和 BaNd2Ti5O14 (BNT)陶瓷的烧结温度大概为1350，当加入BaCu(B2O5) (BCB)陶瓷粉末后会降到875。烧结温度降低是因为其中存在液相。液相的组成和缺少BaO的 BCB相似。随着BCB含量的增加，样品的体积密度和介电常数(r)也增加并且可以达到饱和值。Q值最初时随着BCB加入量的增加而增加，但是BCB大量加入时Q值会减少很多，这都是因为液相的存在。好的微波介电性能Q×f = 4500 GHz, r = 60 and f =30 ppm/C可在BST陶瓷中加入16mol%的BCB、并且在875烧结2h得到。含有BCB的BST陶瓷和BNT陶瓷显示了和银金属电极很好的相容性。关键词：烧结，介电性能;氧化钡-氧化（钐，钕）二氧化钛1引言通讯系统的发展特别是移动通迅系统的发展需要设备的小型化。低温共烧陶瓷（LTCC）的多层设计已经在小型的微波介电元件上广泛应用了。由于（LTCC）多层设备的应用，降低微波介质陶瓷的烧结温度以便它们和金属电极比如银或金共烧成了必须。LTCC的应用中，低熔点的玻璃通常用来降低微波介电材料的烧结温度。然而，这一切会降低陶瓷的微波介电性能，因为微波介电材料中存在非晶态的相。加入低熔点氧化物的LTCC陶瓷已被研究出可以克服加入低熔点玻璃引起的问题。另外，少量的低熔点的氧化物也可以作为降低微波介质材料的烧结温度的添加物。BaORe2O3TiO2陶瓷(Re = Sm, Nd)有很好的微波介电性能。然而，为了应用LTCC技术，它的近乎1350的高烧结温度需要降低。虽然B2O3 和B2O3/GeO2已经用来降低BNT和BST陶瓷的烧结温度，但它的烧结温度对于银电极来说仍然太高。组成为BaNdSmTiO的陶瓷对降低它们的烧结温度来说是多样的，但它带来的结果并不令人满意。添加B2O3Bi2O3SiO2ZnO玻璃的BaNd2Ti4O12陶瓷和添加PbOB2O3SiO2玻璃的BaOLa2O34.7TiO2陶瓷可以在900被烧结并且显示了很好的微波介电性能。然而，它们的烧结温度仍然没有降低到900以下以适于LTCC的应用。目前，少量B2O3和 CuO的加入可以用来降低Ba(Zn1/3Ta2/3)O3和Ba(Zn1/3Nb2/3)O3陶瓷的烧结温度。它们在870时能被很好的烧结并且有很好的微波介电性能。BaCu(B2O5)第二相出现在添加CuO 的B2O3样品里并假定以液相存在，它们的密度与低温烧结陶瓷相当。从之前的工作，BaCu(B2O5)相在700形成并且在850融化。另外，BaCu(B2O5)陶瓷在810（r）烧结时，其介电常数（r）为7.4，品质因数（Qxf）为50,000GHZ，频率温度系数为32 ppm/C。因为BaCu(B2O5)陶瓷熔点低并且有好的微波介电性能，它可以在LTCC应用中作微波介质材料低温烧结助烧剂。在此工作中，BCB陶瓷粉末被加入BST和BNT陶瓷中医降低它们的烧结温度，并且研究BCB的添加对其微波介质性能的影响。2. 实验过程BaSm2Ti4O12 (BST) (或 BaNd2Ti5O14; BNT) + xBCB（2.0x24.0 mol%）的陶瓷是由纯度>99%的氧化物用常见的固态法合成的。为合成BCB陶瓷粉末，BaO（高化学纯度，>99%，日本）CuO和B2O3（高化学纯度，>99%，日本）用氧化锆球在尼龙罐里混合24小时，然后干燥，再在700焙烧3小时。为合成BST和BNT粉末，BaCO3（高化学纯度，>99%，日本）Sm2O3（高化学纯度，>99%，日本）用氧化锆球在尼龙罐里混合24小时，然后干燥并在1150焙烧4小时。加入BCB之后，干燥粉末，然后放入盘中在850-900烧结2小时。样品的微观结构用X射线衍射仪（XRD，Rigaku D/max-RC，日本）、扫描电镜（SEM，Hitachi S-4300，日本）和透射电镜（TEM，Hitachi H-9000NARIbaraki, 日本）研究。成分用能谱分析仪分析。样品线收缩率用Model M18XHF测量。烧结过的样品的密度用排水法测量。样品在微波频段的介电性用型精密测试仪测量测量，技术建议来自Hakki-Coleman and Courtney。常测量的谐振频率系数的温度范围为25-80之间。3.结果与讨论 图1为BST + xBCB（ 2.0x20.0 mol%）陶瓷在875烧结2小时的XRD图片，所有的峰值指示的都是镀钨的BST相。虽然BST中加入了大量的BCB，图中却找不到第二相的峰值，其中也包括BCB相。加入BCB的BNT陶瓷也显示出了相似的结果。图2所示为在875烧结，加20.0 mol%BCB的BST陶瓷的高分辨率晶格图像。液相存在在晶界处。因此，BST在低温时的致密化归因于液相的存在。此外，尽管BCB陶瓷在850左右就开始融化了，液相的成分仍和BCB相似。从之前的工作中得知，在加入BCB的BaTi4O9陶瓷中，第二相为Ba4Ti13O30，但是在XRD图片中没有发现BCB第二相。BaTi4O9陶瓷中液相的成分不是BCB，更确切地说是富CuO和B2O3的相。而且，缺BaO的液相在冷却后以非晶态存在。在添加BCB的BST和BNT陶瓷中，虽然在TEM图片中可以观察到液相，在XRD图片中却看不到BCB第二相的峰。因此，可以认为发生在添加BCB的BaTi4O9陶瓷中的反应也发生在添加BCB的BaORe2O3TiO2陶瓷中。图3所示为加入BCB的BST陶瓷的收缩情况。添加BCB的BST陶瓷在800左右开始收缩。这个结果说明BCB对BST陶瓷来说是个很好的低温烧结助烧剂。加入BCB的BNT陶瓷也显示了相似的结果。 图4（a）所示为添加BCB的BST陶瓷在875烧结后密度、r, Q值和 f值的变化。BCB含量低时体积密度相对较低。然而，随着BCB含量的增加，其增加在BCB含量为16.0 mol%时达到饱和。r的变化和体积密度的变化规律相似，含16.0 mol%BCB的样品r值为60。Q×f的值在BCB加入量很少时增加，伴随着样品密度的增加，含BCB 12.0 mol%的样品达到Q×f的最大值，为4700Hz。较之r值，Q值在BCB含量高时下降，因为样品中的液相不断增加。因此，密度也是Q值的一个重要决定因素，虽然在很高的体积密度下，液相的存在仍然可以降低Q值。对含4.0 mol%BCB的BST陶瓷，f值大约为5.0 ppm/C，并且随着BCB的含量的增加而增加。BCB含量为16.0 mol%是，f达到极值-30ppm/C。图4.6所示为添加BNT陶瓷在875烧结后，值，f值的变化。其随BCB含量不同体积密度的变化与BST陶瓷相似。对于875烧结的样品，加入23mol%BCB是其体积密度达到理论值的95。添加BCB的BNT陶瓷与添加BCB的BST陶瓷在r,Q值的变化上很相似。有趣的是BNT陶瓷需要更多的BCB来达到r的饱和值。对于875烧结的样品，它至少需要23mol%的BCB来达到r的饱和值58。然而，样品的Q值非常低，尽管它显示出很大的体积密度，因为它含有很多的液相。因此，BNT陶瓷很难同时达到大的r值和高的Q值。在添加BCB的BNT陶瓷中，f的值随着BCB的加入而减少，但在14.0 < x < 26.0时表现出微小的增长。因为它的高导电率和低耗电量，其一般用作LTCC设计中的电极。因此，研究Ag和添加BCB的BaORe2O3TiO2陶瓷的反应时非常重要的。图5（a）所示为BCB陶瓷和金属Ag在875烧结后的XRD图片，其中只有BCB陶瓷和银金属的峰而看不到其他第二相的峰。因此，金属银在875是不和BCB陶瓷反应。添加24 mol %BCB的的BST和BNT陶瓷的XRD图片分别为5（b）和（c），所有的峰值指示的都是BST（或BNT）和Ag而观察不到第二相的峰值。因此，金属Ag在875不和BST（或BNT）陶瓷反应。Ag和BCB陶瓷的分界面也用SEM和EDS线扫描研究了，如图6所示。金属Ag和BCB陶瓷的界面生长的很好并且银断面在界面处明显的减少，这表明银没有扩散到BCB陶瓷中去。另外，因为金属Ag中Ba和Cu的富集物含量很低，所以金属Ag和BCB陶瓷之间没有发生反应。对含24 mol %BCB的的BST陶瓷和金属Ag的界面也进行了研究，在图7中展示。银的剖面在BST陶瓷金属银的界面处急剧减少。Ba，Sm，Ti离子的聚合物在BST陶瓷中含量非常低。因此添加BCB的BST陶瓷和Ag电极之间没有发生反应。添加BCB的BNT陶瓷也得到了相似的结果。因此可以推测BaCu(B2O5)相可以用作一个很好的添加剂来降低BST和BNT陶瓷的烧结温度。此外，添加BCB的BST和BNT陶瓷由于他们的低烧结温度。 4结论 BCB的陶瓷粉末在烧结式融化并且使BST和BNT陶瓷在很低的温度致密化。随BCB含量的增加样品的r也增加并且可以达到饱和值，这可以认为由于体积密度的增加。Q值在BCB含量低时增加，但由于液相的存在，它在BCB含量高时下降。当QxF值在很高时，BST陶瓷需要相对低含量的BCB来达到r是我饱和值。然而，BNT需要大量BCB来达到r的饱和值，从而使样品由于含大量的液相而降低了Q值，添加16.0 mol %BCB的BST陶瓷在875烧结2小时得到，好的微波介电性能QxF=4500GHZ，r=60，f=-30ppm/C。添加BCB的BST和BNT陶瓷与银电极有很好的适应性，是LTCC的很好的候选者。