2024年5月31日发(作者：竺悦喜)
第
24
卷第
1
期
2021
年
3
月
成都工业学院学报
JOURNAL
OF
CHENGDU
TECHNOLOGICAL
UNIVERSITY
Vol
24
,
No
.
1
Mar.
,
2021
DOI
：
10.13542/.5
1-
1747/m.2021.01.011
TiO
2
掺杂的
Li
2
ZnTi
3
O
8
-B
2
O
3
微波
LTCC
性能研究
何茗
（
成都工业学院电子工程学院
，
成都
611730
）
摘要：
采用传统固相反应法制备
Li
2
ZnTi
3
O
8
-B
2
O3
低温共烧陶瓷
（
LTCC
）
，
研究了
TiO
2
的添加对
Li
2
ZnTi
3
O
8
-B
2
O
3
微波
LTCC
的
烧结性能及介电特性的影响
。
结果表明
：
B
2
O
3
作为低熔点氧化物助烧剂
，
可有效降低
Li
2
ZnTi
3
O
8
微波
LTCC
的烧结温度
，
并且
保持较好的介电性能
。
同时
，
TiO
2
的加入可调整
Li
2
ZnTi
3
O
8
-B
2O
3
微波
LTCC
的频率温度系数
r
f
o
添加
1.5
wt%
TiO
2
的
Li
2
ZnTi
3
O
8
-B
2
O
3
微波介质陶瓷
900
兀
烧结时
，
具有良好的介电性能
&
二
25.9
，
Q
x
/_46
487
GHz
—
_
-0.
35xl0
-6
/
兀
o
关键词
：
TiO^
；
Li
2
ZnTi
3
O
8
-B
2
O
3
；
微波
；
LTCC
『
中图分类号：
TM28
文献标志码
：
A
文章编号
：
2095-5383
（
2021
）
01-0047-04
The
Effect
of
TiO
2
Addition
on
the
Performance
of
Li
2
ZnTi
3
O
8
-B
2
O
3
Microwave
LTCC
HE
Ming
(
School
of
Electronic
Engineering
,
Chengdu
Technological
University
,
Chengdu
611730
,
China
)
Abstract
:
Preparation
of
Li
2
ZnTi
3
O
&
-B
2
O
3
LTCC
was
investigated
by
the
traditional
solid
state
reaction
method.
The
influence
of
TiO
2
addition
on
the
sintering
performance
and
microwave
dielectric
properties
of
the
Li
2
ZnTi
3
O
g
-B
?
O
3
microwave
LTCC
was
studied.
The
results
show
that
B
2
O
3
can
effectively
reduce
the
sintering
temperatures
of
Li
2
ZnTi
3
O
&
microwave
LTCC
and
retain
preferable
dielectric
properties
as
a
a low
melting
point
oxide
sintering
aid.
Also,
the
addition
of
TiO
2
can
adjust
the
frequency
temperature
coefficient
r
f
of
the
Li
2
ZnTi
3
O
8
-B
2
O
3
microwave
LTCC.
When
the
Li
2
ZnTi
3
O
&
-B
2
O
3
microwave
dielectric
ceramics
with
1.
5
wt%
TiO
2
are
sintered
at
900
七
,
they
show
good
microwave
dielectric
properties
:
巧二
25.
9,
Q
x
f
_
46
487
GHz
,
T
f
_
-0.
35x10
-6
/
t.
Keywords
:
TiO
2
;
Li
2
ZnTi
3
O
g
-B
?
O
3
;
microwave
;
LTCC
目前
，
通信设备
、
导航设备逐步向小型化
、
集成
化方向发展
。
微波器件作为各种设备的主要元器
较低的
rf
,
而且制作成本很低
，
具有较好的应用价
值
。
但由于其烧结温度约为
1
075
高于
LTCC
技
件
，
也需要向小型化
、
集成化方向发展
，
其中多层结
构是实现微波器件小型化的理想途径
。
但在多层结
术的内部电极
（
Ag
电极
）
的烧结温度
,
故并不适用于
LTCC
技术
［
7
］。
要实现
Li
2
ZnTi
3
O
8
陶瓷与银电极的
构中
，
要求微波介质材料具有较低的烧结温度以便
能够与银
、
铜内电极共烧
［
T
］
o
同时,也对微波材料
低温共烧
，
必须选择合适的助烧剂
。
据报道出
2
。
3
作
为低熔点助烧剂
，
由于其熔点低
（
约
825
T
）
，
在烧结
的性能
（
如:
Qx
/
、
T/
等
）
提出了更高的要求
。
虽然很多陶瓷具有优越的微波介电性能
，
如
过程中会形成液相从而降低陶瓷的烧结温度
［
8
］
o可
是
，
所制备的陶瓷仍然拥有一个大的正的
T/
值
，
阻止
其进一步在实践中的应用
。
因此
，
在烧结温度约
900
弋
时
，
能调整的
T/
接近于零
，
并同时保持优良的
介电常数和
Qx
/
值
。
众所周知
,
TiO
2
具有较大的正
r
f
值
，
常用来调整
Ba
（
Mg
b/3
Ta2/
3
）
O
3
,
（
Zr,
Sn
）
TiO
—
CaTiO
3
-NdAlO
3
等
［
3
］
，
但是它们的烧结温度很高
，
一般高达
1
300
T
以上
。
为了降低烧结温度
，
掺入助烧剂实现低温烧
结是最有效也是最廉价的方法
，
在工业生产中大大
节约了生产成本
。
近来
，
尖晶石结构的
Li
2
ATi
3
O
8
Tf
为负的微波介质陶瓷的谐振频率的温度系
数
［
9-12
］
o
本文采用
B
2
O
3
作为助烧剂降低
Li
2
ZnTi
3
O
8
（
A_Zn
、
Mg
、
Co
）
陶瓷的微波介电性能
［
4-6
］
被多方报
道
。
其中
Li
2
ZnTi
3
O
8
陶瓷由于具有较高的
Qx
/
值和
陶瓷的烧结温度
，
通过引入
TiO
2
Li
2
ZnTi
3
O
8
-B
2
O
3
微
收稿日期
：
2020-05-08
基金项目
：
四川省教育厅基金资助项目
（
18ZA0023
）
作者简介
：
何茗
（
1975
—
）
，
女，
教授
，
博士
，
研究方向:
LTCC
材料与器件
，
电子邮箱：
heming_mail@
。
—
47
—
成都工业学院学报
http
:
/
/paper.
cdtu.
edu.
cn/
波
LTCC
中调整其频率温度系数
。
并采用
XRD,
SEM
等表征手段
，
研究了不同含量的
TiO
2
对掺杂的
第
24
卷
Li
z
ZnTi
s
O
g
-B
z
O
s
陶瓷的晶相组成
、
烧结行为
、
微观结
构和微波介电性能的影响
。
1
实验
1.
1
实验试样制备
Li
z
ZnTi
s
O
g
-B
z
O
s
微波
LTCC
的原材料分别为碳
酸锂
(
Li
2
CO
3
)
、
碳酸锌
(ZnCO
s
)
、
三氧化二硼
(
B
2
O
3
)
、
二氧化钛
(TiO
2
)
,
所有原材料的纯度均为分析纯级
别
(
AR)°
其中
Li
2
CO
3
,ZnCO
3
,TiO
2
按
Li
2
ZnTi
3
O8
的
化学计量比进行配料
。
在配好的料中掺入质量百分
数为
1.
5%
的
B
2
O
3
,
用行星式球磨机混合
24
h,
将混
合好的料烘干
。
然后在烧结温度为
900
兀的条件下
预烧
4
h°
在预烧料中分别添加质量分数为
1%,
20/(°)
图
1
掺杂不同质量分数
TiO
2
到
Li
2
ZnTi
3
O
8
-B
2
O
3
微波
LTCC
在
900
C
烧结的
XRD
谱
2.2
微观结构分析
图
2(a)
~
(c)
为加入不同质量分数
TiO
2
到
2%,3%
和
4%
的
TiO
2
,
再次球磨
12
h,
并烘干
。
加入
Li
2
ZnTi
3
O
8
-B
2
O
3
微波
LTCC
的
SEM
图片
。
图
2(a)
为
1.
5%
TiO
2
掺杂的
Li
2
ZnTi
3
O
8
-B
2
O
3
微波
LTCC
在
900
C
烧结致密
，
晶粒间接触紧密,但晶粒的尺寸较小
。
8wt%
的丙烯酸乳液混合后
、
造粒
。
将造粒后的粉料
压制成厚度为
7
mm,
直径为
13
mm
的圆柱体
，
在空
气气氛中烧结
4
h,
烧结温度为
825
°C
~925
°C
，
并随
炉冷却至室温
。
推究其原因
:
在
Li
2
ZnTi
3
O
8
-B
2
O
3
陶瓷的烧结过程中
，
由于
B
2
O
3
形成了液相
，
加速了粉料的传质
，
从而有
1.2
分析与测试
样品的
XRD
谱采用荷兰飞利浦公司的
XPert
利于陶瓷的烧结
。
图
2(b)
、
(
c)
是加入
2%
和
4%
TiO
2
到的
Li
2
ZnTi
3
O
8
-B
2
O
3
陶瓷的
SEM
照片
，
这些样
品在烧结温度为
900
C
时出现叶状晶体
，
并且较为
PRO
MPD
型粉末测试仪测定
；
微观结构形貌通过
致密
；
随着
TiO
2
含量的增加
，
晶粒尺寸增大
，
在图
SEM
(
FEI
,
Sirion200
)
照
片进行分析
；
采用
Hakki-
2(c)
中出现了
2
种不同形状的晶粒
，
这意味着有
TiO
2
晶体生成
。
原因为过量的
TiO
2
未完全参与反
Coleman
介质柱谐振法测量分析陶瓷样品的微波介
电性能
，
网络分析仪采用的是
Agilent
Technologies
应
,
而留在样品中
°
E5071C°
微波陶瓷的谐振频率温度系数少由公式
T
f
=
(
ft
2
-
ft
1
)
/
t
1
X(
[
f
-
t
)
]
计算得到
，
其中
2
1
ft
1
、
ft
2
分
别对应于
1
1
=
25
°C
、
t
2
=
80
C
的谐振频率
。
2
结果与讨论
2.
1
XRD
晶相分析
将
TiO
2
按质量分数为
%%
(
x
=
1
〜
4
wt)
添加到
Li
2
ZnTi
3
O
8
-B
2O
3
微波
LTCC
在
900
C
烧结后的
XRD
谱
(
见图
1)°
物相分析结果表明
：
主要晶相为
Li
2
ZnTi
3
O
8
no.
86-1512)
晶体
，
同时伴有少量的
TiO
2
no.
65-1119)
晶体生成
。
由此可知少量
B
2
O
3
的添加在低温下可以促进
Li
2
ZnTi
3
O
8
晶相的
生成
°
(a)w(TiO
2
)=
0%,1
100
°C
—
48
—
2021
年第
1
期
■'何茗
：
T
i
（
）
2
掺杂的丨厂微波
IT
（
「
性能研究
Q
x
/
值取决于在微波频率下的介电损耗
，
而介电损
耗主要受到密度
、
孔隙率
、
第二相
、
晶界等因素的影
响
［
⑸
。
Qx
/
值减小的原因为随着
TiO
2
含量的增加
,
Li
2
ZnTi
3
O
8
陶瓷中第二相
TiO
2
含量的增加
,
TQ
的品
质因数
Qx
/
（
约为
20
000
GHz
）
小于
Li2
ZnTi
3
O
8
晶
体
［
16
］
。
因而导致了
Li
2
ZnTi
3
。
8
陶瓷的
Qx
/
值减小
。
28.5
28.0
27.5
27.0
26.5
3
、
26.0
(b)w(TiO
2
)_
1.0%,900
°C
25.5
25.0
24.5
24.0
23.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
The
content
of
TiO
2
/(wt%)
3.5
4.0
图
3
x
%TiO
2
掺杂的
Li
2
ZnTi
3
O
8
-B
2
O
3
微波
LTCC
在
900
C
烧结的相对介电常数
48
000
(c)w(TiO
2
)_4.
0%,900
C
47
000
图
2
掺杂不同质量分数
TiO
2
到
Li
2
ZnTi
3
O
8
-B
2
O
3
微波
LTCC
的
SEM
图片
2.
3
性能分析
TiO
2
掺杂的
Li
2
ZnTi
3
O
8
-B
2
O
3
微波
LTCC
的介电
-------
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
The
content
of
TiO?
/
（
wt%
）
3.5
4.0
常数
6
变化曲线如图
3
所示
。
结果表明
，
当
TiO
2
含
量从
x
_
1.
0%
增加到
x
_
4.
0%
时
，
介电常数
s
r
从
图
4
x
%TiO
2
掺杂的
Li
2
ZnTi
3
O
8
-B
2
O
3
微波
LTCC
在
900
C
烧结的
Q
xf
值
24.3
上升至
26.6
。
原因为随着含量的增加
，
陶瓷中
出现了多余
TiO
2
的相
（
见图
1
）
,
并且
TiO
2
相的介电
图
5
为
x%TiO
2
掺杂的
Li
2
ZnTi
3
O
8
-B
2
O
3
微波
LTCC
在
900
C
的谐振频率温度系数
（
tz
）
的变化曲
常数
（
^
r
>100
）
比
Li
2
ZnTi
3
O
8
大
［
⑶
。
由复合物的介电
线
。
当
TiO
2
的含量从1%
增加到
4%
时
,
从
-15.4
增
加到
5.9
。
这是由于取决于陶瓷的晶相组成
。
常数对数法则可知
［
⑷
，
介电常数随着
TiO
2
含量的增
加而减小
。
图
4
为
x%TiO
2
掺杂的
Li
2
ZnTi
3
O
8
-B
2
O
3
微波
LTCC
在
900
C
烧结的
Qx
/
值变化曲线
。
从图
4
可
Li
2
ZnTi
3
。
8
陶瓷的为少负
，
而
TQ的
T
f
为正
。
这意味
着可以通过调整
TiO
2
的含量而获得近
0
的
口
。
当掺
入
2%TiO
2
到
Li
2
ZnTi
3
O
8
-B
2
O
3
陶瓷在
900
C
烧结时
,
以看到
，
当
TiO
2
的含量逐渐增加时
，
Qx
/
值减小
。
T
=-0.
35x10
-6
/C
。
—
49
—
成都工业学院学报
http
:/
//
[
M]
.
Oxford
,
LK:
Elseiver
Publishers
,
2008.
第
24
卷
[4]
GEORGE
S
,
SEBASTIAN
M
T.
Synthesis
and
microwave
dielectric
properties
of
novel
temperature
stable
high
Q
,
Li
2
ATi
3
O
8
(
A
=
Mg,
Zn)
ceramics
[J].
J
Am
Ceram
Soc
,
2010,
93
：
2164-2166.
[5]
SLMESH
D
,
SEBASTIAN
M
T.
Microwave
dielectric
properties
of
novel
temperature
stable
high
Q
Li
2
Mg
1-
x
Zn
x
Ti
3
O
8
and
Li
2
A
1-
x
Ca
x
Ti
3
O
8
(A
=
Mg,Zn)
ceramics
[J].
J
Am
Eur
Soc
,
2010,
30
:
2585-2592.
[6]
HLANG
C
L,
SL
C
H,
CHANG
C
M.
High
Q
microwave
dielectric
ceramics
in
the
Li
2
(Zn
1-
x
Ax
)
Ti
3
O
8
(
A
=
Mg,
Co
；
x
=
0.02-0.1)
system
[
J]
.
J
Am
Ceram
Soc
,
2011,94(
12)
：
4146-4149.
[7]
LIANG
F
,
CHL
D
J,
ZHOL
H
F,
et
al.
Microwave
dielectric
properties
and
low
temperature
sintering
behavior
of
Li
2
CoTi
3
O
8
ceramic
[
J]
.
J
Alloys
Compd,
2011,509
：
1880-1884.
:
8
]
何茗
.
CuBi
2
(V
2
O
9
)
掺杂的
Li
2
O-ZnO-TiO
2
系陶瓷的低温烧结和
图
5
x
%TiO
2
掺杂的
Li
2
ZnTi
3
O
8
-B
2
O
3
微波
LTCC
在
900
°C
烧结的
升
微波介电性能研究
[J].电子元件与材料
,2015,34(9)
：
43-46.
[9]
丁震洲
.
基于玻璃掺杂的
ZMT
介质陶瓷性能及滤波器的设计与
研究
[D].
成都
:
电子科技大学
,2016.
3
结论
采用传统的固相法制备了
x
%
TiO
2
掺杂的
Li
2
ZnTi
3
O
8
-B
2O
3
微波
LTCC
。
由于
B
2
O
3
的熔点较低
，
:
10]
宋福生
，
李月明
，
沈宗洋
，
等
.
TiO
2
添加量对
Zn
°.
8
Mg
0.2
ZrNb
2
O
8
微波介质陶瓷结构和性能的影响
[J].
硅酸盐学报
，
2015,43
(12)
：
1725-1730.
[11]
LI
Y
X,
LI
H,
LI
J
S
,
et
al.
Effect
of
TiO
2
ratio
on
the
phase
and
microwave
dielectric
properties
of
Li
2
ZnTi
3+
x
O
8+2
x
ceramics
[J]
・
J
在陶瓷的烧结过程中
B
2
O
3
形成了液相
，
有利于
Li
z
ZnTi
s
O
*
粉料的传质
,
从而将
Li
z
ZnTi
s
O
*
陶瓷的烧
结温度从
1
100
C
降至
900
C
左右
,
符合低温共烧技
Electro
Mater,2014,43(4)
：
1107-llll.
[12]
PARK
J
Y,NAHM
S
,
PARK
J
G.
Crystal
strucuture
and
microwave
dielectric
properties
of
(1-
x
)
ZnTa
2
O
6
-
x
TiO
2
ceramics
[J]
.
J
Alloys
术的要求
。
TiO
2
在
Li
z
ZnTi
s
O
*
陶瓷中起到调节
r
f
的
作用
。
从以上分析可知
，
3%TiO
2
掺杂的
Li
z
ZnTi
s
O
*
-
Compd,2012,
537
：
221-226.
[
13]
LIOL
Y
C,
CHEN
Y
T,
TSAI
W
C.
Synthesis
of
temperature-stable
B
2
O
3
陶瓷在
900
C
烧结
5
h
的具有优良的微波介电
性能
:%
=25.9,
Qx
/
=46
487
GHz
—
=
-0.
35x10
-6
/C
。
参考文献
：
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梁军
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梁飞
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2
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TiO
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H,
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dielectric
in
the
Sm(
Co
1/2
Ti
1/2
)O
3
-
CaTiO
3
ceramic
system
with
near-zero
temperature
coefficient
with
电子元件与材料
,
2009,28(3)
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75-78.
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何茗
.
H
3
BO
3
掺杂的
Ba
5
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4
O
1
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南京
：
南京航空航天大学
,2015.
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SEBASTIAN
M
T.
Dielectric
materials
for
wireless
communications
50
—
2024年5月31日发(作者：竺悦喜)
第
24
卷第
1
期
2021
年
3
月
成都工业学院学报
JOURNAL
OF
CHENGDU
TECHNOLOGICAL
UNIVERSITY
Vol
24
,
No
.
1
Mar.
,
2021
DOI
：
10.13542/.5
1-
1747/m.2021.01.011
TiO
2
掺杂的
Li
2
ZnTi
3
O
8
-B
2
O
3
微波
LTCC
性能研究
何茗
（
成都工业学院电子工程学院
，
成都
611730
）
摘要：
采用传统固相反应法制备
Li
2
ZnTi
3
O
8
-B
2
O3
低温共烧陶瓷
（
LTCC
）
，
研究了
TiO
2
的添加对
Li
2
ZnTi
3
O
8
-B
2
O
3
微波
LTCC
的
烧结性能及介电特性的影响
。
结果表明
：
B
2
O
3
作为低熔点氧化物助烧剂
，
可有效降低
Li
2
ZnTi
3
O
8
微波
LTCC
的烧结温度
，
并且
保持较好的介电性能
。
同时
，
TiO
2
的加入可调整
Li
2
ZnTi
3
O
8
-B
2O
3
微波
LTCC
的频率温度系数
r
f
o
添加
1.5
wt%
TiO
2
的
Li
2
ZnTi
3
O
8
-B
2
O
3
微波介质陶瓷
900
兀
烧结时
，
具有良好的介电性能
&
二
25.9
，
Q
x
/_46
487
GHz
—
_
-0.
35xl0
-6
/
兀
o
关键词
：
TiO^
；
Li
2
ZnTi
3
O
8
-B
2
O
3
；
微波
；
LTCC
『
中图分类号：
TM28
文献标志码
：
A
文章编号
：
2095-5383
（
2021
）
01-0047-04
The
Effect
of
TiO
2
Addition
on
the
Performance
of
Li
2
ZnTi
3
O
8
-B
2
O
3
Microwave
LTCC
HE
Ming
(
School
of
Electronic
Engineering
,
Chengdu
Technological
University
,
Chengdu
611730
,
China
)
Abstract
:
Preparation
of
Li
2
ZnTi
3
O
&
-B
2
O
3
LTCC
was
investigated
by
the
traditional
solid
state
reaction
method.
The
influence
of
TiO
2
addition
on
the
sintering
performance
and
microwave
dielectric
properties
of
the
Li
2
ZnTi
3
O
g
-B
?
O
3
microwave
LTCC
was
studied.
The
results
show
that
B
2
O
3
can
effectively
reduce
the
sintering
temperatures
of
Li
2
ZnTi
3
O
&
microwave
LTCC
and
retain
preferable
dielectric
properties
as
a
a low
melting
point
oxide
sintering
aid.
Also,
the
addition
of
TiO
2
can
adjust
the
frequency
temperature
coefficient
r
f
of
the
Li
2
ZnTi
3
O
8
-B
2
O
3
microwave
LTCC.
When
the
Li
2
ZnTi
3
O
&
-B
2
O
3
microwave
dielectric
ceramics
with
1.
5
wt%
TiO
2
are
sintered
at
900
七
,
they
show
good
microwave
dielectric
properties
:
巧二
25.
9,
Q
x
f
_
46
487
GHz
,
T
f
_
-0.
35x10
-6
/
t.
Keywords
:
TiO
2
;
Li
2
ZnTi
3
O
g
-B
?
O
3
;
microwave
;
LTCC
目前
，
通信设备
、
导航设备逐步向小型化
、
集成
化方向发展
。
微波器件作为各种设备的主要元器
较低的
rf
,
而且制作成本很低
，
具有较好的应用价
值
。
但由于其烧结温度约为
1
075
高于
LTCC
技
件
，
也需要向小型化
、
集成化方向发展
，
其中多层结
构是实现微波器件小型化的理想途径
。
但在多层结
术的内部电极
（
Ag
电极
）
的烧结温度
,
故并不适用于
LTCC
技术
［
7
］。
要实现
Li
2
ZnTi
3
O
8
陶瓷与银电极的
构中
，
要求微波介质材料具有较低的烧结温度以便
能够与银
、
铜内电极共烧
［
T
］
o
同时,也对微波材料
低温共烧
，
必须选择合适的助烧剂
。
据报道出
2
。
3
作
为低熔点助烧剂
，
由于其熔点低
（
约
825
T
）
，
在烧结
的性能
（
如:
Qx
/
、
T/
等
）
提出了更高的要求
。
虽然很多陶瓷具有优越的微波介电性能
，
如
过程中会形成液相从而降低陶瓷的烧结温度
［
8
］
o可
是
，
所制备的陶瓷仍然拥有一个大的正的
T/
值
，
阻止
其进一步在实践中的应用
。
因此
，
在烧结温度约
900
弋
时
，
能调整的
T/
接近于零
，
并同时保持优良的
介电常数和
Qx
/
值
。
众所周知
,
TiO
2
具有较大的正
r
f
值
，
常用来调整
Ba
（
Mg
b/3
Ta2/
3
）
O
3
,
（
Zr,
Sn
）
TiO
—
CaTiO
3
-NdAlO
3
等
［
3
］
，
但是它们的烧结温度很高
，
一般高达
1
300
T
以上
。
为了降低烧结温度
，
掺入助烧剂实现低温烧
结是最有效也是最廉价的方法
，
在工业生产中大大
节约了生产成本
。
近来
，
尖晶石结构的
Li
2
ATi
3
O
8
Tf
为负的微波介质陶瓷的谐振频率的温度系
数
［
9-12
］
o
本文采用
B
2
O
3
作为助烧剂降低
Li
2
ZnTi
3
O
8
（
A_Zn
、
Mg
、
Co
）
陶瓷的微波介电性能
［
4-6
］
被多方报
道
。
其中
Li
2
ZnTi
3
O
8
陶瓷由于具有较高的
Qx
/
值和
陶瓷的烧结温度
，
通过引入
TiO
2
Li
2
ZnTi
3
O
8
-B
2
O
3
微
收稿日期
：
2020-05-08
基金项目
：
四川省教育厅基金资助项目
（
18ZA0023
）
作者简介
：
何茗
（
1975
—
）
，
女，
教授
，
博士
，
研究方向:
LTCC
材料与器件
，
电子邮箱：
heming_mail@
。
—
47
—
成都工业学院学报
http
:
/
/paper.
cdtu.
edu.
cn/
波
LTCC
中调整其频率温度系数
。
并采用
XRD,
SEM
等表征手段
，
研究了不同含量的
TiO
2
对掺杂的
第
24
卷
Li
z
ZnTi
s
O
g
-B
z
O
s
陶瓷的晶相组成
、
烧结行为
、
微观结
构和微波介电性能的影响
。
1
实验
1.
1
实验试样制备
Li
z
ZnTi
s
O
g
-B
z
O
s
微波
LTCC
的原材料分别为碳
酸锂
(
Li
2
CO
3
)
、
碳酸锌
(ZnCO
s
)
、
三氧化二硼
(
B
2
O
3
)
、
二氧化钛
(TiO
2
)
,
所有原材料的纯度均为分析纯级
别
(
AR)°
其中
Li
2
CO
3
,ZnCO
3
,TiO
2
按
Li
2
ZnTi
3
O8
的
化学计量比进行配料
。
在配好的料中掺入质量百分
数为
1.
5%
的
B
2
O
3
,
用行星式球磨机混合
24
h,
将混
合好的料烘干
。
然后在烧结温度为
900
兀的条件下
预烧
4
h°
在预烧料中分别添加质量分数为
1%,
20/(°)
图
1
掺杂不同质量分数
TiO
2
到
Li
2
ZnTi
3
O
8
-B
2
O
3
微波
LTCC
在
900
C
烧结的
XRD
谱
2.2
微观结构分析
图
2(a)
~
(c)
为加入不同质量分数
TiO
2
到
2%,3%
和
4%
的
TiO
2
,
再次球磨
12
h,
并烘干
。
加入
Li
2
ZnTi
3
O
8
-B
2
O
3
微波
LTCC
的
SEM
图片
。
图
2(a)
为
1.
5%
TiO
2
掺杂的
Li
2
ZnTi
3
O
8
-B
2
O
3
微波
LTCC
在
900
C
烧结致密
，
晶粒间接触紧密,但晶粒的尺寸较小
。
8wt%
的丙烯酸乳液混合后
、
造粒
。
将造粒后的粉料
压制成厚度为
7
mm,
直径为
13
mm
的圆柱体
，
在空
气气氛中烧结
4
h,
烧结温度为
825
°C
~925
°C
，
并随
炉冷却至室温
。
推究其原因
:
在
Li
2
ZnTi
3
O
8
-B
2
O
3
陶瓷的烧结过程中
，
由于
B
2
O
3
形成了液相
，
加速了粉料的传质
，
从而有
1.2
分析与测试
样品的
XRD
谱采用荷兰飞利浦公司的
XPert
利于陶瓷的烧结
。
图
2(b)
、
(
c)
是加入
2%
和
4%
TiO
2
到的
Li
2
ZnTi
3
O
8
-B
2
O
3
陶瓷的
SEM
照片
，
这些样
品在烧结温度为
900
C
时出现叶状晶体
，
并且较为
PRO
MPD
型粉末测试仪测定
；
微观结构形貌通过
致密
；
随着
TiO
2
含量的增加
，
晶粒尺寸增大
，
在图
SEM
(
FEI
,
Sirion200
)
照
片进行分析
；
采用
Hakki-
2(c)
中出现了
2
种不同形状的晶粒
，
这意味着有
TiO
2
晶体生成
。
原因为过量的
TiO
2
未完全参与反
Coleman
介质柱谐振法测量分析陶瓷样品的微波介
电性能
，
网络分析仪采用的是
Agilent
Technologies
应
,
而留在样品中
°
E5071C°
微波陶瓷的谐振频率温度系数少由公式
T
f
=
(
ft
2
-
ft
1
)
/
t
1
X(
[
f
-
t
)
]
计算得到
，
其中
2
1
ft
1
、
ft
2
分
别对应于
1
1
=
25
°C
、
t
2
=
80
C
的谐振频率
。
2
结果与讨论
2.
1
XRD
晶相分析
将
TiO
2
按质量分数为
%%
(
x
=
1
〜
4
wt)
添加到
Li
2
ZnTi
3
O
8
-B
2O
3
微波
LTCC
在
900
C
烧结后的
XRD
谱
(
见图
1)°
物相分析结果表明
：
主要晶相为
Li
2
ZnTi
3
O
8
no.
86-1512)
晶体
，
同时伴有少量的
TiO
2
no.
65-1119)
晶体生成
。
由此可知少量
B
2
O
3
的添加在低温下可以促进
Li
2
ZnTi
3
O
8
晶相的
生成
°
(a)w(TiO
2
)=
0%,1
100
°C
—
48
—
2021
年第
1
期
■'何茗
：
T
i
（
）
2
掺杂的丨厂微波
IT
（
「
性能研究
Q
x
/
值取决于在微波频率下的介电损耗
，
而介电损
耗主要受到密度
、
孔隙率
、
第二相
、
晶界等因素的影
响
［
⑸
。
Qx
/
值减小的原因为随着
TiO
2
含量的增加
,
Li
2
ZnTi
3
O
8
陶瓷中第二相
TiO
2
含量的增加
,
TQ
的品
质因数
Qx
/
（
约为
20
000
GHz
）
小于
Li2
ZnTi
3
O
8
晶
体
［
16
］
。
因而导致了
Li
2
ZnTi
3
。
8
陶瓷的
Qx
/
值减小
。
28.5
28.0
27.5
27.0
26.5
3
、
26.0
(b)w(TiO
2
)_
1.0%,900
°C
25.5
25.0
24.5
24.0
23.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
The
content
of
TiO
2
/(wt%)
3.5
4.0
图
3
x
%TiO
2
掺杂的
Li
2
ZnTi
3
O
8
-B
2
O
3
微波
LTCC
在
900
C
烧结的相对介电常数
48
000
(c)w(TiO
2
)_4.
0%,900
C
47
000
图
2
掺杂不同质量分数
TiO
2
到
Li
2
ZnTi
3
O
8
-B
2
O
3
微波
LTCC
的
SEM
图片
2.
3
性能分析
TiO
2
掺杂的
Li
2
ZnTi
3
O
8
-B
2
O
3
微波
LTCC
的介电
-------
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
The
content
of
TiO?
/
（
wt%
）
3.5
4.0
常数
6
变化曲线如图
3
所示
。
结果表明
，
当
TiO
2
含
量从
x
_
1.
0%
增加到
x
_
4.
0%
时
，
介电常数
s
r
从
图
4
x
%TiO
2
掺杂的
Li
2
ZnTi
3
O
8
-B
2
O
3
微波
LTCC
在
900
C
烧结的
Q
xf
值
24.3
上升至
26.6
。
原因为随着含量的增加
，
陶瓷中
出现了多余
TiO
2
的相
（
见图
1
）
,
并且
TiO
2
相的介电
图
5
为
x%TiO
2
掺杂的
Li
2
ZnTi
3
O
8
-B
2
O
3
微波
LTCC
在
900
C
的谐振频率温度系数
（
tz
）
的变化曲
常数
（
^
r
>100
）
比
Li
2
ZnTi
3
O
8
大
［
⑶
。
由复合物的介电
线
。
当
TiO
2
的含量从1%
增加到
4%
时
,
从
-15.4
增
加到
5.9
。
这是由于取决于陶瓷的晶相组成
。
常数对数法则可知
［
⑷
，
介电常数随着
TiO
2
含量的增
加而减小
。
图
4
为
x%TiO
2
掺杂的
Li
2
ZnTi
3
O
8
-B
2
O
3
微波
LTCC
在
900
C
烧结的
Qx
/
值变化曲线
。
从图
4
可
Li
2
ZnTi
3
。
8
陶瓷的为少负
，
而
TQ的
T
f
为正
。
这意味
着可以通过调整
TiO
2
的含量而获得近
0
的
口
。
当掺
入
2%TiO
2
到
Li
2
ZnTi
3
O
8
-B
2
O
3
陶瓷在
900
C
烧结时
,
以看到
，
当
TiO
2
的含量逐渐增加时
，
Qx
/
值减小
。
T
=-0.
35x10
-6
/C
。
—
49
—
成都工业学院学报
http
:/
//
[
M]
.
Oxford
,
LK:
Elseiver
Publishers
,
2008.
第
24
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GEORGE
S
,
SEBASTIAN
M
T.
Synthesis
and
microwave
dielectric
properties
of
novel
temperature
stable
high
Q
,
Li
2
ATi
3
O
8
(
A
=
Mg,
Zn)
ceramics
[J].
J
Am
Ceram
Soc
,
2010,
93
：
2164-2166.
[5]
SLMESH
D
,
SEBASTIAN
M
T.
Microwave
dielectric
properties
of
novel
temperature
stable
high
Q
Li
2
Mg
1-
x
Zn
x
Ti
3
O
8
and
Li
2
A
1-
x
Ca
x
Ti
3
O
8
(A
=
Mg,Zn)
ceramics
[J].
J
Am
Eur
Soc
,
2010,
30
:
2585-2592.
[6]
HLANG
C
L,
SL
C
H,
CHANG
C
M.
High
Q
microwave
dielectric
ceramics
in
the
Li
2
(Zn
1-
x
Ax
)
Ti
3
O
8
(
A
=
Mg,
Co
；
x
=
0.02-0.1)
system
[
J]
.
J
Am
Ceram
Soc
,
2011,94(
12)
：
4146-4149.
[7]
LIANG
F
,
CHL
D
J,
ZHOL
H
F,
et
al.
Microwave
dielectric
properties
and
low
temperature
sintering
behavior
of
Li
2
CoTi
3
O
8
ceramic
[
J]
.
J
Alloys
Compd,
2011,509
：
1880-1884.
:
8
]
何茗
.
CuBi
2
(V
2
O
9
)
掺杂的
Li
2
O-ZnO-TiO
2
系陶瓷的低温烧结和
图
5
x
%TiO
2
掺杂的
Li
2
ZnTi
3
O
8
-B
2
O
3
微波
LTCC
在
900
°C
烧结的
升
微波介电性能研究
[J].电子元件与材料
,2015,34(9)
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43-46.
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丁震洲
.
基于玻璃掺杂的
ZMT
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研究
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电子科技大学
,2016.
3
结论
采用传统的固相法制备了
x
%
TiO
2
掺杂的
Li
2
ZnTi
3
O
8
-B
2O
3
微波
LTCC
。
由于
B
2
O
3
的熔点较低
，
:
10]
宋福生
，
李月明
，
沈宗洋
，
等
.
TiO
2
添加量对
Zn
°.
8
Mg
0.2
ZrNb
2
O
8
微波介质陶瓷结构和性能的影响
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硅酸盐学报
，
2015,43
(12)
：
1725-1730.
[11]
LI
Y
X,
LI
H,
LI
J
S
,
et
al.
Effect
of
TiO
2
ratio
on
the
phase
and
microwave
dielectric
properties
of
Li
2
ZnTi
3+
x
O
8+2
x
ceramics
[J]
・
J
在陶瓷的烧结过程中
B
2
O
3
形成了液相
，
有利于
Li
z
ZnTi
s
O
*
粉料的传质
,
从而将
Li
z
ZnTi
s
O
*
陶瓷的烧
结温度从
1
100
C
降至
900
C
左右
,
符合低温共烧技
Electro
Mater,2014,43(4)
：
1107-llll.
[12]
PARK
J
Y,NAHM
S
,
PARK
J
G.
Crystal
strucuture
and
microwave
dielectric
properties
of
(1-
x
)
ZnTa
2
O
6
-
x
TiO
2
ceramics
[J]
.
J
Alloys
术的要求
。
TiO
2
在
Li
z
ZnTi
s
O
*
陶瓷中起到调节
r
f
的
作用
。
从以上分析可知
，
3%TiO
2
掺杂的
Li
z
ZnTi
s
O
*
-
Compd,2012,
537
：
221-226.
[
13]
LIOL
Y
C,
CHEN
Y
T,
TSAI
W
C.
Synthesis
of
temperature-stable
B
2
O
3
陶瓷在
900
C
烧结
5
h
的具有优良的微波介电
性能
:%
=25.9,
Qx
/
=46
487
GHz
—
=
-0.
35x10
-6
/C
。
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dielectric
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Co
1/2
Ti
1/2
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-
CaTiO
3
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for
wireless
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