● 摘要
?? 近年来，低温共烧陶瓷(LTCC)因为可以减少通信系统中电子元件的尺寸、实现集成而被广泛关注。同时具有低介( ≤ 25)、高Q值(> 10000 GHz)的微波介质陶瓷材料由于减少微波器件中信号的延迟和减少基板对信号的吸收作用，已成为近年来的研究焦点。Mg4Nb2O9微波介质陶瓷是一种具有刚玉结构的微波介电材料，它具有良好的微波介电性能：低的介电常数(er = 12.8)和高的品质因数(Q×f = 190 000 GHz)。然而，Mg4Nb2O9较高的烧结温度( > 1 400 oC)和较大的温度谐振频率系数(τf= -77 ppm/oC)限制了它的商业化应用。
??? 为了降低Mg4Nb2O9陶瓷的烧结温度，本文通过添加低熔点氧化物和低熔点玻璃来降低其烧结温度，研究了烧结助剂添加量对Mg4Nb2O9陶瓷的烧结性能、相结构、显微结构和微波介电性能的影响。得到了以下结论:
??? (1) 掺杂20 wt% TiO2和x wt% LiF (1.0 ≤ x ≤ 8.0)可以有效地将Mg4Nb2O9陶瓷的烧结温度由1400 oC降至750 oC，这是由于在烧结过程中，LiF和纳米TiO2 (80 nm)所形成的低共熔物在晶界处起着液相助烧作用，其中离子取代和化学反应通过晶格扩散或界面迁移给MN粉末提供了良好的润湿环境，使离子扩散速率大幅提高，烧结速率加快。实验表明：Mg4Nb2O9添加20 wt% TiO2和8.0 wt% LiF陶瓷的晶粒尺寸随烧结温度的升高而长大，其中MgTiO3的形成对Mg4Nb2O9陶瓷的微波介电性能有很大的影响。所有样品都在800 oC表现出最佳密度，这与品质因数Q×f的最大值32 000 GHz和相对介电常数er的最大值15.7相对应。晶格缺陷、气孔和第二相对MNT陶瓷介电损耗的影响要大于晶界。MN-20 wt% TiO2-8.0 wt% LiF陶瓷750 oC烧结表现最佳微波介电性能：er = 15.6，Q×f = 25 000 GHz，τf = -56 ppm/ oC。该陶瓷材料与Ag有很好的化学兼容性。
??? (2) 采用标准陶瓷工艺制备了掺杂PbO-B2O3-SiO2 (PBS)玻璃的Mg4Nb2O9微波介质陶瓷，研究了PBS掺杂对Mg4Nb2O9微波介质陶瓷烧结行为、相结构、显微结构和微波介电性能的影响。实验结果表明PBS的掺杂可以有效的改进Mg4Nb2O9陶瓷的谐振频率温度系数τf值，这与添加PbO-B2O3-SiO2后样品中第二相Pb1.5Nb2O6.5的形成有关。当PbO-B2O3-SiO2的添加量为4.0 wt%的时候，Mg4Nb2O9微波介质陶瓷的烧结温度降低至975 oC，从而实现Mg4Nb2O9在低温下的致密化烧结，并具有良好的微波介电性能(er = 13.8, Q×f = 37 382GHz，τf = -16.9 ppm/oC)，有望成为新一代低温烧结基板材料。
??? (3) 合成制备了0.6 MN-0.4 SrTiO3 (MNS)微波介质陶瓷，研究了不同含量LiF掺杂对MNS陶瓷烧结行为、相结构、显微结构和微波介电性能的影响。实验结果表明，一定量LiF和SrTiO3的共同掺杂在MN陶瓷中形成第二相Sr(Mg1/3Nb2/3)O3。添加7.0 wt%的LiF可以有效的促使MNS陶瓷在低温下(800 oC)的致密化烧结。气孔率是影响该陶瓷介电常数变化的主要原因，第二相Sr(Mg1/3Nb2/3)O3对MN陶瓷的Q×f值与tf值影响比较大。MNS陶瓷添加7.0 wt%的LiF在800 oC烧结的微波介电性能为er = 26.5, Q×f = 6 073 GHz，tf = -12 ppm/oC。