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摘 要

CBAS复合陶瓷是由CBAS(CaO-B₂O₃-Al₂O₃-SiO₂)玻璃与陶瓷粉复合制得的介质陶瓷。目前，介质陶瓷向着微型化和集成化方向发展，这就要求对介质陶瓷所用原料和所涉及到的流延成型以及低温烧成等工艺有更加深入的了解。在查阅了相关文献后，本实验研究CBAS陶瓷粉料粒径控制，得到了PVB粘结剂的最佳添加量，采用硅烷偶联剂对CBAS复合陶瓷进行改性，实现了流延浆料性能的改善，进而使CBAS复合陶瓷性能得到提升。实验的主要内容有制备CBAS玻璃粉末、CBAS复合陶瓷制备、体积密度测试、介电性能测试等。实验结果表明当陶瓷粉料球磨时间为24 h，加入硅烷偶联剂为2.5 wt%时，陶瓷各项性能最佳：粉料与水的接触角为90°，生瓷带密度为1.96 g·cm^-3，陶瓷烧片密度为2.98 g·cm^-3，介电损耗为7×10^-4，介电常数为7.2。

关键词：CBAS玻璃 LTCC 流延成型 改性

Study on tape casting properties of CBAS composite ceramics

Abstract

CBAS composite ceramics are dielectric ceramics made from CBAS(cao-b2o3-al2o3-sio2) glass and ceramic powder. At present, dielectric ceramics are developing towards miniaturization and integration, which requires a deeper understanding of the raw materials used in dielectric ceramics and the processes involved in casting molding and low-temperature firing.After referring to relevant literatures, this experiment studied the particle size control of CBAS ceramic powder, and obtained the optimal addition amount of PVB binder. Silane coupling agent was used to modify CBAS composite ceramics, so as to improve the properties of cast pastes and further improve the properties of CBAS composite ceramics.The main contents of the experiment include preparation of CBAS glass powder, preparation of CBAS composite ceramics, volume density test, dielectric property test, etc. The results showed that the ceramic properties were the best when silane coupling agent was added when the milling time was 24h:contact Angle of the powder and water=90°, the density of raw ceramic band=1.96g·cm^-3, the density of ceramic burning sheet =2.98 g·cm^-3, the dielectric loss i=7.2, and the dielectric constant =6.98×10^-4

Key words:CBAS glass;LTCC;Tape casting;Modification

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 微波介质陶瓷概述 1

1.1.1 微波介质复合陶瓷分类 1

1.1.2 微波介质陶瓷发展前景 2

1.2 LTCC技术 2

1.2.1 LTCC技术工艺流程 2

1.2.2 LTCC技术特点 3

1.2.3 LTCC基板材料 3

1.2.4 LTCC技术应用与发展前景 4

1.3 CBAS复合陶瓷 5

1.3.1 CBAS玻璃致制备工艺 5

1.3.2 CBAS复合陶瓷性能影响因素 6

1.4 流延成型技术 6

1.4.1 流延成型技术工艺流程 6

1.4.2 流延成型技术特点 7

1.4.3 流延成型技术分类 7

1.4.4 流延烧成技术发展前景 7

1.5 研究目的和内容 9

第二章 实验部分 10

2.1 实验原料 10

2.2 实验设备 11

2.3 实验内容 11

第三章 数据处理与讨论结果 15

3.1 粉料球磨不同时间生瓷带密度 15

3.2 不同含量粘结剂对流延浆料的影响 16

3.3 改性前后浆料黏度的变化 16

3.4 改性前后接触角变化 17

3.5 改性后的生瓷带的密度变化 18

3.6 改性后的陶瓷片的密度变化 19

3.7 改性前后介电性质变化 22

第四章 结论与展望 24

参考文献 26

致 谢 29

第一章 绪论

微波介质陶瓷(MWDC)是一种最近被广泛研究的新型通讯电子材料，是一种能够工作于微波频段的特种功能复合陶瓷。微波介质陶瓷具有介电常数高、小型化等特点，不仅能满足微波电路集成化要求，而且能达到高可靠性和低成本的效果。正因为该种材料的特点，其常作为谐振器、滤波器、介质天线和介质基片等元器件应用于现代电子通讯以及航空、航天等领域中用来制造移动电话、卫星广播、雷达和无线电遥控等仪器^[1]。1939年，理论上已经证明介电陶瓷的可实用性^[2]，但由于当时技术条件的限制，特别是陶瓷介质的性能不能达到理论要求，微波介质陶瓷的研究陷于停滞。直到20世纪60-70年代，美国Bell实验室等研究出了以TiO₂为主要原料的BaO-TiO₂系、BaO-Ln₂O₃-TiO₂系等陶瓷体系^[3]，微波介质陶瓷才有了实际应用价值。目前，随着复合陶瓷粉料以及低温共烧技术的发展，陶瓷介质的性能也将提高，微波介质陶瓷的性能也会更大地提高。

1.1 微波介质陶瓷概述

衡量微波介质陶瓷优良的三个重要参数是介电常数(ε_r)、品质因数(Q_f)和谐振频率温度系数(τ_f)。随着对微波介质陶瓷研究的深入，微波介质陶瓷已经被证明在工作频率下，材料的介电常数基本稳定^[4]。目前，国内外大多根据介电常数的大小将微波介质陶瓷分为三大类。

1.1.1 微波介质复合陶瓷分类

(1)低介微波介质陶瓷多用于精密电子通讯仪器中。该类陶瓷体系有(1)Al₂O₃-TiO₂系,Al₂O₃具有高品质因数的优点，但同时存在高烧结温度等缺陷，因此在Al₂O₃添加TiO₂ 用以调节温度系数,改善后其具有优良的的介电参数,其温度系数τ_f=1.5×10^{- 6}/℃^[5]。(2)R₂Ba(Cu_{1- x}A_x)O₅系,该体系突出问题是谐振频率温度系数小，如Y₂BaCuO₅中τ_f =-3.5×10^-5/℃^[6]，这也是该类材料以后材料研究改进的方向。(3)钛酸镁系，偏钛酸镁晶型相较于正钛酸镁和二钛酸镁,是具有实用价值的一种晶型，但也存在温度系数低的问题。为了解决该问题，通常会在烧结时添加CaTiO₃来对温度系数改性，但又会带来烧结后有杂质的新问题^[4]。(4)AWO₄系,A可为Ca、Ba、Zn、Mg等元素，该体系的介电常数和品质因数都很高，但温度系数负值很大。有研究^[7]表明可以在该材料中添加RNbO₄(R=La,Nd,Sm)用以调节温度系数。该方法温度系数提升效果显著，但成本较高。找到一种低成本的调节材料是该类材料未来的研究热点。

(2)中介微波介质陶瓷主要有两大类体系：(1)(Zr,Sn)TiO₄系，这是目前市场上最常见的一种体系，其特点为高品质因数和低温度系数^[8]。该体系存在烧结难以致密化的问题，通常需要添加烧结助剂。(2)BaO-TiO₂系，在该系统中,TiO₂摩尔含量在75%-100%内,常用的体系有Ba₂Ti₉O₂和BaTi₄O₉种,其TiO₂含量分别为81.8%和80%^[9]。由于该体系材料具有介电损耗小、成本低、能在多种频率下使用等优点，但相较于其他两种陶瓷体系用的较少。

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