非金属材料专业毕业设计（论文）外文翻译Ba2Ti3Nb4O18微波介质陶瓷在低温烧结的应用.doc

外 文 资 料 翻 译Ba2Ti3Nb4O18微波介质陶瓷在低温烧结的应用摘要对于MnCO3CuO 和 Li2OB2O3SiO2（减称LBS）对Ba2Ti3Nb4O18烧结的影响，从微观结构和微波介质性能两个方面做了研究。纯Ba2Ti3Nb4O18陶瓷在1220烧结的性能是：r = 38, Q×f =23,700 GHz (在4.8 GHz),f =3 ppm/.结果发现少量的MnCO3CuO和LBS玻璃助烧剂有效地使烧结温度从1200降低到900，在加入MnCO3CuO 和 LBS后介电常数（r）增加，共振频率温度系数变为正值。这主要是由于存在第二相Ba3Ti4Nb4O21，即1.5 wt的MnCO3CuO和0.5的LBS Ba2Ti3Nb4O18陶瓷在900C烧结2小时生成的相，介电性能：r= 41，Q×f=15000 GHz (在4.8 GHz), and f = 4 ppm/，达到了与Ag电极兼容，这让我们有希望将其应用于陶瓷的低温共烧。1.简介现在随着先进通信系统的发展，包括移动和卫星通信，独石结构微波设备已被广泛应用于微波电路的小型化相关部件，低温共烧陶瓷（LTCC）的发展引起广泛关注，由于在设计和功能的优势，多层设备的小型化和高介电性采用了如银和铜的高导电性能内部电极金属。据报道，有几种包括添加低熔点玻璃或氧化物，化学加工和纳米粉体的方法能够降低介电材料的烧结温度。在这些方法中，加入低熔点玻璃或氧化物获得液相的方法比其它的更为经济简便。加入玻璃釉料或氧化物现在已经成功获得了一些微波介电陶瓷系统，如BiNbO4,CaOSiO2,ZnOSiO2, MgOTiO2,ZnOTiO2,Li2ONb2O5TiO2,CaOLi2ONb2O5TiO2,BaOTiO2,BaOLn2O3TiO2 (Ln = La, Nd, Sm),和CaWO4.312有报道，在BaOTiO2Nb2O5 系统中例如BaTi3Nb4O17,Ba6Ti14Nb2O39, Ba3Ti5Nb6O28 和Ba3Ti4Nb4O21 的微波介电性能，BaOTiO2Nb2O5 系的介电材料例如Ba3Ti5Nb6O28(r = 41, Q×f = 4500 GHz, 和f = 8 ppm/C) 和Ba3Ti4Nb4O21 (r = 55, Q×f = 9000 GHz,和f = 100 ppm/C)适合实际应用，一般来说，这些陶瓷或相关化合物的烧结温度在1300左右，据Ko et al. 和 Kim etal等 的报道说Ba3Ti4xZrxNb4O21(x = 1) 和 Ba3Ti5Nb6O28 在加入比例釉料的时候个别的可在900达到致密，但Q×f 值会严重降低，据我们所知Ba2Ti3Nb4O18 的介电性能并未见报道，因此他值得探索它是否有相同的或更优的性能，以便Ba2Ti3Nb4O18 成为独石结构材料，降低其烧结温度已达到与Ag共烧是非常有必要的，在这个论文中我们说明了Ba2Ti3Nb4O18 的合成、表征和介电性能，也尽力研究了MnCO3CuO 和LBS 玻璃添加剂对于Ba2Ti3Nb4O18 陶瓷的致密化和微波性能的作用。此外，也做了Ba2Ti3Nb4O18 和Ag电极的兼容性。2.试验程序用常用的固态反应方法制备Ba2Ti3Nb4O18 。其粉末质量混合计量为BaCO3 (99%), Nb2O5 (99%),和TiO2 (98%) 加入适量酒精用氧化锆球研磨24h。湿粉末干燥后，1100在空气中煅烧4h。MnCO3（简称MC），MnCO3和 CuO (99%)在混合物中的含量为0.2 MnCO30.8 CuO然后在750下煅烧3h。Ba2Ti3Nb4O18中加入MC和自制的Li2OB2O3SiO2（简称LBS）烧结24h，干燥的粉末混合5%的PVA，随后弹向加压，80Mpa的压力下压成直径为18毫米的厚度在7-9毫米的圆柱形试样。样品在加热和冷却速度都为5 /min的条件下烧结2h。 用阿基米德排水法测量陶瓷陶瓷密度，用X射线粉末衍射Cu K_射线的方法检测烧结样品的晶体结构，试样的显微结构用扫描电镜(SEM, FEI SIRION-100)，成分分析用能谱仪。(EDS, EDAX GENENIS-4000) 微波介电性能测试用网络分析仪(Agilent 8719 Et, 0.0513.5 GHz).采用HakkiColeman介质谐振器的方法进行测试。谐振温度系数 (f)也是采用相同的方法测量在温度由25到80的变化范围内，再通过公式计算得到的。公式是：f =（ f80 f25）/f25 × 55× 106 (ppm/C)其中f80和f25分别代表80和25的谐振频率3.结果与讨论图.1显示了Ba2Ti3Nb4O18试样在不添加助烧剂时在不同温度下的XRD图样，Ba2Ti3Nb4O18在1200烧结2h后使用P21/c空间群索引，其晶胞参数为a =10.000A°,b = 9.955A°,c = 7.311A°, =111.19很好的匹配了JCPDS771205号文件。Ba2Ti3Nb4O18晶体是已知的（铌，钛）- 氧单斜八面体结构。结果发现样品的晶体结构并没有随着温度的升高改变，然而一些加强峰出现在1310烧结2h的试样。图。2是为了确认晶粒的尺寸变化，显示的是无添加剂的Ba2Ti3Nb4O18在不同温度下烧结2h后的表面SEM照片。样品在1200和1250显示无空隙致密的微观结构，填充晶粒是在2-4微米，与此相反，Ba2Ti3Nb4O18样品在1310烧结2h出现晶粒异常生长，表明1310的烧结温度太高了。 表1表明了Ba2Ti3Nb4O18在不加添加剂时在1190-1310烧结2h后的体积密度和微波介电性能。有人指出，Ba2Ti3Nb4O18陶瓷在1220烧结2h表现出优异的微波介电性能。r = 38, Q×f = 23,700 GHz (at 4.8 GHz),and f =3 ppm/C获得的Ba2Ti3Nb4O18陶瓷体积密度为5.11 g/cm3是理论值的97% (JCPDS #771205).，随烧结温度的升高Q×f会略微下降，这也许是由于Ba2Ti3Nb4O18陶瓷晶粒的异常生长。图3是Ba2Ti3Nb4O18陶瓷在添加不同不添加剂(2 wt% MC; 1.5 wt% MC and 0.5 wt%LBS; 1 wt% MC and 1 wt% LBS; 0.5 wt% MC and 1.5 wt% LBS; 2 wt% LBS)时体积密度随烧结温度的变化。可以看出，温度稍微升高样品的体积密度会略有下降。然而增加LBS玻璃的比例会使体积密度降低，这可能是低密度的LBS的影响。值得注意的是含2 wt%Ba2Ti3Nb4O18从875升高到900时的体积密度会从3.95 g/cm3升高到 5.10 g/cm3添加MC和LBS的Ba2Ti3Nb4O18陶瓷样品的体积密度会达到理论值的97%。这些结果表明添加剂MC和LBS可能显著降低Ba2Ti3Nb4O18陶瓷的烧结温度。 图4显示了Ba2Ti3Nb4O18在含量不同的MC和LBS在900下烧结2h后的X射线衍射图样。很明显Ba2Ti3Nb4O18为主晶相，伴随着Ba3Ti4Nb4O21的次晶相，和其他未知晶相。在以前的研究中，也存在当加入Cuo和B2O3时，Ba3Ti4Nb4O21存在于Ba3Ti5Nb6O28陶瓷基体中，着表明低温下少量的Ba3Ti4Nb4O21出现在Ba3Ti5Nb6O28陶瓷的原因还不清楚。此外值得注意的是，据观察未知相由0.5 wt% MC和1.5 wt% LBS 而且随着LBS加入量量的增多峰值更加明显，这种现象隐含的未知相与LBS添加剂有关。 图5显示了不同MC和LBS加入量的Ba2Ti3Nb4O18在不同温度下烧结的SEM 图像，含2 wt% MC的Ba2Ti3Nb4O18900下烧结微观结构致密。然而，在图5a中可以通过近圆形的晶粒清晰看到第二相的存在，加入1 wt% MC 和1 wt% LBS在900下烧结，第二相一致的沿晶界和三晶面交点分布（图5b）。当温度升高到950时，表面分布着第二相（图5d）。如图3所示含2 wt%LBS的Ba2Ti3Nb4O18在900烧结生成多孔结构，表明了在900时样品未到达致密。为了准确区分第二相的成分，在图5a用EDS做了表征。图6 的结果得出图5a的第二相时富Cu相。 图7显示Ba2Ti3Nb4O18不同含量MC和LBS添加剂随温度的变化。介电常数与体积密度显示出相同的趋势。据了解，由于地空隙率产生的高密度会引起高的介电常数。由于LBS玻璃的r通常较低，介电常数会随着LBS量的增加而损失。值得注意的是，含1.5 wt% MC 和0.5 wt% LBS 或 2 wt% MC的低温烧结Ba2Ti3Nb4O18的r甚至完全超过了纯的Ba2Ti3Nb4O18的密度。这可以通过高介电常数（r =(55).14）的第二相Ba3Ti4Nb4O21的存在这一事实解释。图8说明了Ba2Ti3Nb4O18 (4.8千兆赫)的Q×f值与MC和LBS添加剂的含量与烧结温度的关系。几乎所有的样品，随着烧结温度的升高，它的Q×f值都会增加直到最大值然后减小。Q×f值的减小可能是图d所示的由于烧结温度升高导致的第二相的增加引起的变化。有趣的是含2 wt%MC或 2 wt% LBS 的Ba2Ti3Nb4O18的Q×f值相当低，但是同时MC 和 LB 会显著改善Q×f值，特别是含.5 wt% MC 和0.5 wt% LBS。如图8所示饱和Q×f值会从含1.5 wt% MC 和0.5 wt% LBS 的15,000 GHz (在 900 ) 迅速降低到含 with 2 wt%LBS的的 5800 GHz(在 950)上述结果清楚地说明了，少量的LBS有效地提高了单独加入MC的Ba2Ti3Nb4O18的Q×f值，原因可能是LBS的存在让富Cu均匀的分布在整个试样中。然而，进一步增加LBS是不利于Q×f值的，这也许是由于图4所示未的知相产生的。 图9显示了含有1.5 wt% MC 和0.5 wt% LBS的Ba2Ti3Nb4O18的共振频率温度系数与烧结温度的关系。如图所示，表1，纯Ba2Ti3Nb4O18f为负。与此相反Ba3Ti4Nb4O21的是一个很大的正值。导致含1.5 wt% MC和 0.5 wt% LBS的Ba2Ti3Nb4O18 的低温烧结陶瓷f的提升。也有人指出，当温度从850 C 升到 900 C其f值从14 ppm/C变为 4 ppm/C。这个可以解释图3中为什么Ba2Ti3Nb4O18随烧结温度升高更加致密。 作为低温共烧陶瓷的应用，图10是将20 wt%的 Ag加入含 1.5 wt%MC和 0.5 wt%LBS 的在 900 烧结 2 h 的Ba2Ti3Nb4O18 的XRD衍射图样。可以看出，存在Ba2Ti3Nb4O18, Ba3Ti4Nb4O21和Ag的相，结果表明Ba2Ti3Nb4O18陶瓷和电极材料间没有发生化学反应。此外，图11是界面含1.5 wt% MC和0.5 wt% LBS的Ba2Ti3Nb4O18 陶瓷和银电极900 C下共烧2 h SEM照片和EDS线扫描结果。在表面的银轮廓急剧下降。这表明低温烧结Ba2Ti3Nb4O18陶瓷并没有和银电极发生反应，因此加有1.5 wt% MC 和 0.5 wt% LBS复合添加剂的Ba2Ti3Nb4O18可作为LTCC的应用前景。4.结论这项实验研究，MnCO3CuO 和Li2OB2O3SiO2玻璃在烧结反应中的作用，未来了开发一种新的LTCC材料，研究了Ba2Ti3Nb4O18 Ba3Ti4Nb4O21陶瓷微观结构微波介电性能，当加入MC和LBS后Ba2Ti3Nb4O18陶瓷的烧结温度从1200降到了900。同时饱和介电常数r升高，温度系数变为正值。这主要是由于第二相Ba3Ti4Nb4O21 Ba2Ti3Nb4O18的存在，在加入1.5 wt% MC和 0.5 wt% LBS后Ba2Ti3Nb4O18在900烧结2h后达到致密，其介电性能为：r = 41, Q×f = 15,000 GHz (at 4.8 GHz), f = 4 ppm/C。此外，这种材料与银电极兼容，有望成为新的LTCC陶瓷材料。