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摘 要

本论文主要叙述了LTCC（低温共烧陶瓷）的研究背景、目的和意义，介绍了国内外LTCC的研究进展，并且详细讲述了Li₂TiO₃陶瓷的基础理论、基本介电性能以及添加剂对Li₂TiO₃陶瓷性能影响的原理。根据低熔点添加剂掺杂的影响原理，设计了与此相关的实验。本实验以Li₂CO₃和TiO₂为主要原料烧结得到Li₂TiO₃主体，然后通过向Li₂TiO₃中添加不同组分和含量的添加剂，以探究低熔点添加剂的掺杂对Li₂TiO₃的体积密度和介电性能的影响。实验采用18组不同配方组分的试样，分别在825℃，850℃，875℃和900℃的温度下烧成，通过其表现出的不同的体积密度、介电常数和介电损耗，来寻求具有较高品质的Li₂TiO₃陶瓷。

实验结果表明：添加适量的添加剂有助于Li₂TiO₃陶瓷的烧结，形成的液相可以较大程度的降低材料的烧结激活能，从而促进烧结中粉体的致密化，使得Li₂TiO₃陶瓷材料在较低的温度下也能达到较高的体积密度。

关键词：添加剂 Li₂TiO₃ 陶瓷 介电性能 烧结性能

Effects of additive on the properties of Li₂TiO₃ ceramic

ABSTRACT

This paper describes the background, purpose and meanings of LTCC. It introduces the research progress of ceramic and describes the basic theory and magnetic properties of LTCC. The principles of how low melting additive affect the performance of Li₂TiO₃ ceramic is also mentioned. According to the principle of low melting additive, the experiment associated with it is designed. In this experiment, Li₂TiO₃ ceramic is sintered from the main material, such as Li₂CO₃ and TiO₂. This experiment compares the effects of compositions and doping contents of low melting additive on sintering characteristics and magnetic properties of Li₂TiO₃ ceramic. In this paper, the properties of 18 groups samples sintered from 825℃ to 900℃ were studied. The materials displayed different bulk density and electricity properties and dielectric loss. By comparing these different performances, it is possible to obtain a higher-quality Li₂TiO₃ ceramic.

The results show that: an appropriate amount of the low melting additive is beneficial to the sintering of Li₂TiO₃ ceramic. The formation of liquid phase can largely reduce the sintering activation of the material. It promote the sintering densification of the powder and Li₂TiO₃ ceramic can achieve higher bulk density at a low temperature.

KEYWORDS： Additive; Li₂TiO₃ ; Ceramic; Electricity properties; Sintering characteristics

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1 研究背景 1

1.2 研究目的及意义 1

1.3 低温共烧微波介质陶瓷的应用 2

1.4 研究内容 2

第二章 文 献 综 述 4

2.1 Li₂TiO₃陶瓷基础理论 4

2.2 低温共烧Li₂TiO₃陶瓷改性 4

2.3 添加剂对Li₂TiO₃陶瓷性能影响的原理 5

2.4 国内外 LTCC陶瓷的发展 5

2.4.1 LTCC陶瓷材料的分类 5

第三章 实验方法 8

3.1 工艺流程 8

3.2 配料 8

3.3 一次球磨 8

3.4 预烧 9

3.5 成型 9

3.6 烧结 9

3.7 实验所用的试剂及设备 10

3.8 性能测试 11

3.8.1 密度测试 11

3.8.2 介电性能测试 11

第四章 结果与讨论 12

4.1 掺杂CuO和Y₂O₃对Li₂TiO₃陶瓷性能的影响 12

4.1.1 CuO和Y₂O₃掺杂量对体积密度的影响 12

4.1.2 CuO和Y₂O₃掺杂量对介电性能的影响 14

4.2 掺杂Bi₂O₃和ZnO对Li₂TiO₃陶瓷性能的影响 15

4.2.1 Bi₂O₃和ZnO掺杂量对体积密度的影响 15

4.2.2 Bi₂O₃和ZnO掺杂量对介电性能的影响 17

4.3 掺杂Bi₂O₃和V₂O₅对Li₂TiO₃陶瓷性能的影响 18

4.3.1 Bi₂O₃和V₂O₅掺杂量对体积密度的影响 18

4.3.2 Bi₂O₃和V₂O₅掺杂量对介电性能的影响 21

第五章 结 论 23

参考文献 24

致 谢 25

第一章 绪 论

1.1 研究背景

微波介质低温共烧陶瓷是近几十年发展起来的一种新型电子材料。广泛应用于微波技术等许多领域，如移动电话、卫星广播、军用雷达、全球定位系统和无线电遥控等^[1-2]。而微博移动通信的及军用通信和民用通信的迅速发展需求也推动了微波介质陶瓷的发展^[3-4]。微波介质陶瓷具有低损耗、低温度系数、低热膨胀系数等优点。在谐振器、滤波器等器件中采用这种材料，可解决体积过大的问题。我国移动通信业正在飞速发展, 作为移动通信设备的关键器件之一的介质陶瓷滤波器将有很大的应用市场, 因此研究微波介质材料及其在介质滤波器上的应用显然是十分必要的^[5]。微波介质低温共烧陶瓷不仅成本低，而且还可以通过改变配方及工艺来达到改性，从而实现设备的小型化、高性能化和廉价化。为了实现微波通信设备的集成化、小型化、高稳定和廉价，研制高性能的陶瓷材料来制作微波介质谐振器替代传统的各种金属谐振腔, 已成为高技术陶瓷研究的重点项目之一^[6-7]。移动通信的飞速发展对微波介质陶瓷类微波元器件有着极大需求。这就对微波介质陶瓷类微波元器件提出了更高的要求：微型化、高频化、集成化和低成本化。高性能微波陶瓷的基本要求是介电常数大，品质因数Q值高(损耗小)，谐振频率的温度系数小^[8]。高品质的微波介质陶瓷备受到了各国研究者的关注，尤其是介电常数高的微波介质陶瓷。同时，相较与低温度制备微波介质陶瓷，一方面降低了能源消耗，节约成本，另一方面，便于与贱金属电极集成。目前，各类微型化、高频化、模块化的新型微波介质元器件已经研发出来并投入使用，因此相应的微波介质陶瓷也取得了快速发展，主要发展方向为高介、高频、低温烧结等方面^[9]。现已开发几种方法用于这一目的：（1）利用湿法化学方式作为合成超细纳米粉末原料，（2）开发新的理想的具有良好的微波性能的低温烧结陶瓷材料，（3）在一些定义明确的微波介质陶瓷系统中加入烧结助剂。其中，为提高烧结性添加烧结助剂是最有效和最方便的方法^[9]。

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