论文总字数：20170字

摘 要

当前，研究者们已发现了一种具有低烧结温度（700℃）的微波介电陶瓷—Bi₃B₅O₁₂，且其具有相对优良的微波介电性能，但如何选择合适外加剂来进一步促进烧结致密化并优化其微波介电性能成为当下研究的重点之一。本文以高纯度的Bi₂O₃和B₂O₃作为起始原料，使用固相反应法，在700℃通过低温烧结合成了Bi₃B₅O₁₂微波介质陶瓷。通过分别使用2mol%的Yb₂O₃、2mol%的Er₂O₃与1mol%的Er₂O₃作为外加剂，并将烧结时间控制为2h，3h和4h，研究了不同的烧结时间以及不同种类和含量的外加剂对Bi₃B₅O₁₂陶瓷的烧结特性和微波介电性能的影响。研究结果表明，烧结时间的适当延长可以在一定程度上促进烧结致密化并改善微波介电性能。此外，使用外加剂同样可以促进陶瓷的烧结致密化，也可以调节陶瓷的介电常数，并提高陶瓷的品质因数。在这其中，添加1mol%的Er₂O₃对于进一步促进陶瓷烧结致密化和优化其微波介电性能效果最好，可以将700℃烧结4h的陶瓷Q×f值提高到30331GHz。

关键词：外加剂；微波介质陶瓷；Bi₃B₅O₁₂；低温烧结；微波介电性能

Abstract

At present, researchers have discovered a microwave dielectric ceramic with low sintering temperature (700 ℃)-Bi₃B₅O₁₂, and it has relatively excellent microwave dielectric properties, but how to choose a suitable admixture to further promote sintering densification and optimizing its microwave dielectric performance has become one of the focuses of current research.In this paper, Bi₃B₅O₁₂ microwave dielectric ceramics were synthesized by using high-purity Bi₂O₃ and B₂O₃ as starting materials, using solid-phase reaction method, and sintering at 700 ℃ at low temperature. By using 2mol% Yb₂O₃, 2mol% Er₂O₃ and 1mol% Er₂O₃ as additives, and controlling the sintering time to 2h, 3h and 4h, the sintering characteristics of different sintering time and different types and contents of additives to Bi₃B₅O₁₂ ceramics were studied And the influence of microwave dielectric properties. The research results show that proper extension of sintering time can promote sintering densification to a certain extent and improve microwave dielectric properties. In addition, the use of admixtures can also promote the sintering and densification of ceramics, and can also adjust the dielectric constant of ceramics and improve the quality factor of ceramics. Among them, the addition of 1mol% Er₂O₃ has the best effect on further promoting ceramic sintering densification and optimizing its microwave dielectric properties，and the Q×f value of ceramics sintered at 700 ℃ for 4h can be increased to 30331GHz.

Key Words：Additives；Microwave dielectric ceramics；Bi₃B₅O₁₂；Low-temperature sintering；Microwave dielectric prop

目 录

第1章 绪论 1

1.1低温烧结微波介质陶瓷发展综述 1

1.1.1微波介质陶瓷发展 1

1.1.2低温烧结微波介质陶瓷发展与研究现状 1

1.2降低微波介质陶瓷烧结温度的方法 2

1.2.1选择固有烧结温度低的体系 2

1.2.2添加烧结助剂 3

1.2.3使用超细粉料合成 4

1.3微波介质陶瓷的烧结特性 4

1.3.1收缩率 4

1.3.2陶瓷的体积密度与相对密度 5

1.4微波介质陶瓷的介电性能 5

1.4.1介电常数 5

1.4.2介电损耗与品质因数 6

1.4.3频率温度系数 7

1.5课题主要研究内容，目的和意义 8

1.5.1课题的选题依据 8

1.5.2课题的主要研究内容 8

1.5.3课题研究的目的和意义 8

第2章 陶瓷的制备与性能表征 9

2.1 Bi₆B₁₀O₂₄陶瓷材料简介 9

2.2合成Bi₆B₁₀O₂₄陶瓷及性能表征采用的原料、试剂和设备 9

2.2.1陶瓷制备采用的原料 9

2.2.2陶瓷性能表征所需试剂和仪器设备 9

2.3陶瓷材料的制备 10

2.4材料的表征及其介电性能测试 11

2.4.1 陶瓷的收缩率测定 11

2.4.2 陶瓷的相对密度测定 11

2.4.3 X射线衍射物相鉴定 11

2.4.4 微波介电性能测试 12

第3章 结果与分析 12

3.1 XRD分析 12

3.2 收缩率和相对密度 13

3.3 介电常数 14

3.4 品质因数 15

第4章 结论及展望 16

参考文献 18

致 谢 19

附录1 20

附录2 21

第1章 绪论

1.1低温烧结微波介质陶瓷发展综述

1.1.1微波介质陶瓷发展

微波介质陶瓷指的是在微波频率电路中，进行介质谐振等部分相对复杂的电路相关功能的一种陶瓷材料。作为一种较新的电子器件陶瓷材料，在当下的通信系统里面，微波介质陶瓷经常会被用作谐振器、滤波器等电子器件，并且还会被大量应用在微波领域的各个方面，如卫星广播、雷达等。使用微波介质陶瓷制成的电路元器件正在逐步向微型化和低损耗等方向发展，而这也就成为了促进微波介质材料发展的源动力。自从二十世纪八十年代起，通过微波应用作为代表的雷达和通讯技术，其发展相当迅速，便携式的移动电话等通信设备也是正在朝着小型和低功耗这些有利的方向进一步发展，这些当前的现状都为微波介质陶瓷材料进一步研究和发展提供了非常广阔的前景。

1.1.2低温烧结微波介质陶瓷发展与研究现状

（1）低温烧结微波介质陶瓷发展

当前，由于部分新型柔性电子器件的飞速发展，陶瓷材料必须做到和低熔点电极以及基板等能够集成共烧^[8]。低温共烧陶瓷技术作为一种新技术，可以使得集成电路密度更高，也能够把无源器件和有源器件进行搭配并使其混合集成，从而可以将器件做得更小，并趋于多功能化。低温共烧陶瓷技术针对所使用的介质材料具有以下要求：具有在合适范围内的介电常数；尽量更低的介电损耗；尽量更加趋于零的频率温度系数；其烧结温度比电极材料的更低；成本低。

当前已有的研究中，包含大量的低介电损耗的微波介质陶瓷材料，但这其中的大部分材料的烧结温度都过高。过高的烧结温度会让微波介质陶瓷在烧结的过程中产生收缩不匹配与相转变复杂等各种不利因素，从而导致产品的良品率降低，此外烧结温度过高会导致能耗过高和增加生产成本，同时也不利于使用高电导率的金属来充当电极。因此，目前广泛研究的是烧结温度在700℃及以下的超低温烧结陶瓷材料的选取和应用，这样就更加有利于降低能量的损耗，并防止部分组分挥发以及与其他材料之间的各种反应。

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