PbO-B2OCuV2O6掺杂对Pb,Ca,LaF讲解

1、第3 3卷第2期压电与声光8 LACOUSTOOPT I C SV01. 33No. 2Appl. 2 0 112011年4月PIEZOEI, ECTRICS文章编号：1004 2474 (2011) 02 0 2 5 1 0 3PbOB2 03 CuV2 06 掺杂对(Pb,Ca,La) (Fe,Nb) 0 3陶瓷微波介电性能的影响顾莹1 ,江永长1 ,杨秋红1 ,金应秀2(1 .上海大学材料学院，上海2 0 0 0 7 2 ; 2 .韩国京畿大学陶瓷工程系.韩国水源4 4 2 7 6 0 )摘要：研究了 PbO B2 03 CuVzos (PBC)玻璃对(P b . Ca, La) (Fe

2、,Nb)03(PCLFN)陶瓷微波介电性能的影响。当纯 P C L FN陶瓷在115 0 C烧结。介电常数 ,-103,品质因数与频率之 积 Q f = 56 4 0GHz,频率温度系数r f = 7 . 1 XI 0P B C玻璃添加剂能降低P C L F N陶瓷的烧结温度到1 0 5 0 c左右，同时能保持良好的介电性能。随着PBC玻璃添加量的质量 分数从1 . o %增加2 . O%,陶瓷的O f值减小。掺杂叫(P B C) = 1 %玻 璃、在1 C烧结的陶瓷样品，能获得良好的微波介电性能为Q f = 53 9 20 5 0GHz. r,=8. 18 XI 0 6/C煽二1 0 1。关

3、键词：PbDBOs CuVz06i (Pb, Ca, La) (Fe,Nb) q ；低温烧结；微波介电性能中图分类号：TN 3 0 5. 3 ; TQ 1 74文献标识码：AEf fectofPbO B203 CuV206Gl as sPropert ies o n theMi c rowaveD i e o f ( C e r ; GUY 1 , K ： (1 . fS c i ( and han 2 . D( i U n A b s - P b O- o n t h e r (P b , p u r( (F e , e s t a t w o r 1 P C L 115( con: e o

4、 o 10 3, o f 5 ( a i n ( t O s i n - c i m( d u c( i c p : 10 5( c o n -b , C a , La) (F e -Nb) 0 3YANGQ i u h o n 9n 9 1 , J IANGYongchan9 1, MEungS002neengineeringo S hai200072. C h p t . ofMateria vers i t y , S u w o r a c t : T h e e f f echoolofMaterials hanghaiUnivers i ty. S i n a 1IsEnginee

5、rin. K y o n g g n442 7 6 0, Korea)c t s o fB203 一 CuV206 (P B C)glassriepropertiesoficrowavedielectC a , La)Nb) 0 3 (P C L FN)ramieshavebeeninvgatedinthi s.W h e n t h eNee rami cswe res i n t e r e d , thedielectric t a n tQ foftheceramicspes a d d i t i v e s w a s r ecrowavedielectrent4 0 GH zan

6、dr, of7. 1 XI 0 7c havebeenobt d . T h e e r ingtemperature n s w i ththePBCglas ddegradat i o n o f m i o p e r t i e s . The w i t h o u ttheQfva 1 uewas dec reasedwi ththeincreas in g P B C a t from1. 0%tO2. 0%. Forthespec imenswi thl. 0%o fPBCglasss intered3 92GHz and Keyert ies 1 0 5 0 C f o r

7、3 h , e , , Q f a n d e r e 1 0 1 , 5 8. 18X10，C, respectively, prop 一words: PbO-B20s CuVzO6I (Pb, Ca, La) (F e,Nb) 03; low - temperatures inter ingmic rowavedielectric0引言随着移动通讯与卫星通讯事业的迅猛发展，微1 )在已有的材料中添加一定量的低熔点氧化物或玻璃等。2)采用化学合成法等先进制粉方法制备烧结活性高的超细或纳米粉体。3 )选择固有烧结温度低的材料。用掺杂低熔点氧化物或玻璃添加剂的液相烧结法是3种方法中最常见且成本最

8、低 的一种2 3。低熔点化合物如B 20。、V。0。、B120。和Cu。是常用的烧结助剂 4-8 o与单个添加剂相比，复合掺杂能更有效地降低烧结温度并保持良好 的介电性能。波介质滤波器、微波介质谐振器及微波介质振荡器等元器件越来越受到人们的广 泛重视。为满足微波介质陶瓷器件小型化、集成化的要求，微波介质器件的开发 研究都集中在多层结构设计上1 O多层结构微波器件的发展需要微波介质材 料必须具有较低的烧结温度，以便与高电导电极材料如A g或C U共烧结制备多 层微波器件。为降低微波介质陶瓷材料的烧结温度，一般采用的方法有： 收稿日期：2 0 10 ? 0 5 06基金项目：国家自然科学基金资助项

9、目( 6 0 5 7 8 0 4 1 );国家 八六三”基 金资助项目(715 006 - 0 0 6 0 )作者简介：顾莹(1 9 6 5 )， 女，上海人.讲师.博士生，主要从事铅系微波介电陶瓷制备及性能的研究。万方数据如 N?, T iN b O系统中，q 1B : O . 一 c u 作擀加刑；，J降低烧结温度纠9 0 0 C,且能获得优良的微渡介电性能：品质因数与频率之积 口，= 3 2 oWGH z .介电常数 ,=40.频率温度系数r , = 9 XJ 0 ,CoB a T i . 0 9系统 b添加岛O, 一Z n ( 1 . a () ,”2同样能在降低烧结温度的同时获得好的

10、介电性能：E. 27. Qr = 20000 (|H z . r , : 65 XI 05 H:。车研兖r 用1 . a 取代(PbCa。，)(Fe0Nb )(),寓瓷中 A f a的(P b . C a)可改善其微波介电性能。(Pb. Ca. 1. a) (Fc. NB) 03 (PCIFN)陶瓷 在11 5 00的温度下烧结3 h具有很好的澈波性能。m】朋P b O琏()t C u V, ( k (P B C玻璃作为舔 加刺.是由于P b ()能有效抑制P C I . FN t f ? P b挥发.B :。、妊有 轻低熔点.CuV: Oo则是一种能很好的降低陶瓷烧结温度的优趣材料2。奉 实

11、验基于I K IFN微渡陶瓷.掺杂Pb ( & (bCuV:(、.研究不 同烧结温度及成分对P C I . FN微波介电性能的影响。 1实验过程所用的 P bO、CaCO,、I, a: 0。，Fq (),、Nb: 0。、琏(),和C u V : O e原料纯度均大于9 9 9 %。按设计的化学组成配比混料.添加蒸髓木.用Z rO:球唐z 4 h .浆科在烘箱中烘干.采用传统的固相反应法在9 0 0r下煨烧人h合成PCI, ?;粉傩。按1)(&O, CuV2 () 6 (ur (PbO) = 855 %; w【性。I );95%IH(CuV:【人)=50)配料，在 5 5 0 C F 烧结1 h

12、 .制得P P L 2玻璃。将制得的玻璃压碎球磨制得PB 玻璃粉体。台成的PC 1 . FN粉体和P B C玻璃添加剂挂合，加入蒸 储水.再球癌2 4 ho下燥后粉料在1 ? 15Mh等静j =叵下制备成直径巧1 0 m n 1、离 s61 n n 1的圆柱体，然后在1 0 0 0 -11 0 0 C空气中烧结3 h o密度由Archimedes捧水法测定。烧结好的样品用x线衍射法（XRD）分折相组成.用扫描电镜（SEM）观察样品 的微观结掏.e .和Q f值采,HHakki-Coleman s法的T EO 1 1横在56 GH z额牢下侧 定。采J I 1腔体上在2 5-80 C下测定rr。

13、2结果与讨论罔1为P B C玻璃掺杂量不同、1150C时.P C L FN样品的XRD图谱。 由圈可知.在1 15 0c烧结3 h的纯P C I。FN样品形成单一的正孝方晶体的钙社矿结 1 I。当 在PCI, FN掺人玻璃PB （:.且托万方数据 21 m10 5 0c烧结3 h .陶瓷佯品隙土 t %捕钙钺目 结陶外.H 现了第二棚焦绿打十H.遮住定程度j会对舟咆性能产生彤响。2棚。I闰II c I?;肉瓷烧站啦*111）目1H圈2为P B C玻璃捧杂晡小I I司、1 0 5 0【时.PCLFN样品的SEM瞄瞒，由I目r 4知.n . 1 0 8 0 C烧结温度F,当人（PBC） _。匿5

14、+ c时.？ 挺监育状况较差。随玻璃情的增加.晶粒发育更完整，陶瓷变得型致柱。圈2 (b)中出现较多的 扎可能是山于驶璃舔加量总体较少.所吼H未能作用到某非批置.造成造些位髓烧结不完全-从而出现+ t / i Lorllw(PBC 05%(h)w. PBC) 10%I c 1 I P B c r2Q%嘲3 I x 【_FN陶瓷抽S EMI al#圈3为F I R玻璃捧杂蛔不同B t P C I F N仔一%的体积舒度与烧结温度的芟系，Ehlw .以看出.*(PBC) = 05 / 口、1 0 0 0 -11 () 0C时.样品的体积密度随着烧结温度的升高不断增加.I兑叫箕饶结温度高下1 1 1

15、 0 L。仇址当u ( P B C) 一 jo环和u (P B C) =20 % .陶瓷样品悼飘密度祚1 o j of达最大值，进一步增加烧结温度.体积密度值变化不大。这说明在10 5 00下陶瓷样品烧结致密。因此4得出P B C玻璃对P C I . FN陶瓷烧结具有促进作用.捧杂 (P B C )1. 0烬一口使PCI. FN陶瓷的烧结溢度由1 15 0o降低至1 0 5 0 0。第2期顾莹等：PbO-B2 0o -CuVo 06 掺杂对(Pb, Ca, La) (Fe, Nb) Oo陶瓷微波介电性能的影响 2 5 3烧结温度，C图3P C L FN陶瓷体积密度与烧结温度的关系图4为P B

16、C玻璃掺杂量不同时P C L FN样品的e ,与烧结温度的关系。一般 微波介质陶瓷致密度的高低在一定程度上决定了其E,的大小，s,随烧结温度 和体积密度的增加而增加13 1。由图可见/ s r随P B C玻璃掺杂量的变化 趋势与体积密度相似。当w （PBC） = 0. 5%, e,随烧结温度的升高而不 断增加。其他两组配方在10 0 0 - 10 5 0 C温度范围内，,逐渐增加，随着温度升高到1 0 7 5 / e f基本不发生变化，进一步增加 温度，其值略有增加。对于所有掺杂浓度且烧结良好的陶瓷样品，其6。都很 高，即, = 93. 2 108. 1。烧结温度，C图4P C L F N陶瓷

17、。与烧结温度的关系图5为P B C玻璃掺杂量不同时P C L FN样品的Q,值与烧结温度的关系。一 般陶瓷样品的Q f值与陶瓷中的本征因素（如晶体中的非简谐相互作用）及非本 征因素（如相对密度、第二相及氧空位）等有关。由图可知，当仞（PBC）= 0 . 5 %时，随着烧结温度从1 0 0 0 C增加到1 0 5 0 C ,样品的Q f值先减 小后增加，最后在10 7 511 0 0 C温度范围间基本保持不变。而当伽（P B C） = 1 . 0 %和硼（PBC）=2. 0%,其Qf值 随烧结温度的增加变化很小。w （PBC） =1. 0%的PCLF N陶瓷样品Q 厂值大烧结温度，C图5P C

18、L F N陶瓷Q f值与烧结温度的关系万方数据于w （PBC） = 2. 0 %的样品。这可能是由于P B C玻璃的添加量的增加使 PCLFN陶瓷样品结晶度变差，导致损耗增大。图6为PBC玻璃掺杂量不同时PCLFN样品的r ,图谱。纯PCLFN陶瓷 115 0 C烧结3 h的r ,4 . 2 7 XI 0_6/,而添加了 P B C 玻璃后，当 w (P B C)从0 . 5 %增加到2 . 0 %,在1 0 5 0 C烧结得到的陶瓷样品的r ,从4 . 9 9 增加到9.74X1 0_6/ro综上可知，添加叫(PBC)=1. 0%,在1050 C烧结获得的陶瓷综合性能较好，Q f = 5 3

19、92GHz,r, = 8. 18 XI 0 6/C, 。=101。(P B C) /%图6P C L F N陶瓷r ,随掺杂量的变化关系3结束语通过添加P B C玻璃，P C L FN陶瓷样品的烧结温度降低约1 0 0C,同时能保持良好的微波介电性能。PCLFN陶瓷在掺入P B C玻璃后，具结构除了主晶相钙钛矿，出现了第 二相。随着PBC玻璃添加量w (PBC)从1. 0%增加2. 0%,陶瓷的品 质因数与频率之积Q f值减小。当w (PBC) =1. 0%、烧结温度1 0 5 0C时，可得到优异的综合介电性能：Qr =5 3 9 2GHz, rr 8. 18 X10 6/C, e , =10

20、1。参考文献：丁士华，姚熹，张良莹，等.片式多层陶瓷微波谐振器J .压电与声光，2 0 0 4, 26 (4) : 280 282.D I NGSh i hua, YAOXi n, ZHANGLi angy i ng, e tai.Ch ipmuh i 1 aye rce rami cmi c rowave resona tors J. Pie zoelectrics&Acoustoopt ics, 2 0 0 4, 26 (4) : 2 8 0 282.TAK AD AT, WANG SF, YOSHI KAWA S , e t a 1 .Ef fectsofglassaddi t ions

21、on (Zn, Sn)TiQformicro waveappl ications J. JAmCeramSoc, 1 9 9 4, 77 (9): 2485-2488.TAK AD AT, WANGS F, YOSHI KAWA S , e t a 1 .Ef fectsofglassaddi t ionsonB a O-T i 0 2 WO a f o r m i 一 c r o w a v e ceramics J1 . JA m C e r a mSoc。 1994, 77 (7);1909-1916.(下转第2 5 7页)第2期霍伟荣等：工艺过程对NBT/B a T i Oo复合PTC

22、材料性能的影响2 5 72 )成型压力为2 9 8 M P a附近时，试样的室温电andActuators A, 2006,128 (2):265269.阻率最低。6 霍伟荣，李平，于大来，等A位施主掺杂剂对PTC陶3 )最佳的烧结温度为？ 2 7 5 1 2 9 0 C。喜嚣要是鬟竺击三？姜奔 i2。OnO。9i, , 3。1。3。). ： T40h。1 4m03。u . 一参考文献：encesofdonordopantsatas i t e o nthepropert iesofthe 1 LUYY, TSENGT Y. Electricalcharacteri st icsofPTCce

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25、1, 2 1 ( 1 0 ) : 1 9 0 5. p o r o s i t y onthe electricalcharacteristicsofcurrent 1 im一1908. i t ingBaTi 03一basedpos itivetemper RAM. L e a d t i eceramicth otessnicke t e m p e rat r u y J J o u r n d e J . Sens C e rami c S o caturecoe tanatece e r m i s t o r 1 一r e c o e f f i a 1 o f t h e p o

26、rsandAc i e t y , 19 9f f i c i e n t r a m i c s w i t scoatedwicientofre hosphorou tuatorsA, 0 , 7 3 ( 5 ) : 13 KUWAB A hpositivthe1ectrsistivitse1ectroA m e r i can 4381439 . 2 0 0 4, 1 1 2 ( 1 ):9 4- 1 0 0. 4徐廷献，沈继跃，薄占满，等？电子陶瓷材料M ?天津:9 3 AK I R AH, S ATORUFoKUN I H I TOK, e t a 1 . T h e e n . 5

27、 HUOWR, QUYB i 1 / z N a , / z T i 0 3 o n t h ecur i etempe ratureandF. E f feet 个 s r o f t h eP T C e f f e c t s o f ihnansceemdipco enndetur c a t t i i n o g nBaTi 03based ，。，o 6 f u o rixuymg。： itaalonantget hje g. 为 Jipnnb o J u n A d a p r p y 1 p o s i t ivetemperaturecoef f icientceram ic

28、s J. SensorsPhys7 1 9 9 1, 30 (6): 12521 2 5 5 ?(上接第 2 53 页)93KIMJR,KI MDW, YOONS H, e t a 1 . Lowtempera - 43ICHINOSEN, YAMA MO T O H. E f fectofaddi t ivesontures interi ngandmi c rowavedi e 1 e c t r iepropert i e smicrowavedie lect r icpropert i e s i n 1 o w temperature f i r Ba3Ti sNb602 8wi t

29、hB203 andCuOaddi t ions J . JElec ing (Mg, Ca) Ti 03basedceramics J. Frrroel retries ? t roce ram, 2 0 0 6, 17 (2) : 439 4 4 3. 1 9 9 7 ? 201 (1):255 262 ? 10 GUANEX, CHENW, LUO L. Lowf i r i ngandmi 5 OK Aw AT, IMAEDAM ? OHSATOH ? Mi c rowaVed i 一 crowavedie lect r icofBaTi409wi t he lect r icprop8

30、rt iesofBa4znDLa2solut i ons J . JpnJAPPIBi 粤 dedPhys, 2 0 0 0, 39 (9 B) : 5645Nd9+1 柏 li 187 .Olid propertiesB 203. 03glassadditi。n 口. Ceramcs Inte r n a t io n a 1 ,5 6 4 9. Z 0 0 7 , 3 3 ( 6 ) : 1 1 4 5 - 1 1 4 8. 6 - 1 K I MH T, K IM S H, NAHMS, e t a 1 . Low temDe ratu re11杨秋红，金应秀，徐军.固溶率因子R对(P

31、b , C a , L a) s inter i ngandmi c rowavedi e lect r i c p r o p ertiesofzinc ( F e , N b) 03陶瓷微波介电性能的影响 J.硅酸盐学 m e t a t i tanate rut i lemixtures us ingboron J. JAmCe 一报，2002?30(5):554 558? ramSOc, 1999. 82 ( 1 1 ) : 3043 3 0 48.YANGQiuhong ?KIMES, XUJun ?Effectofs o 1 i d - 73LEEYC. L E E wH, S H

32、 I E UF S . Effects ofB203ad solut ionrat iofactoronmicro w a V e d i e lect r i c p r o p e 卜d i t i ononthemi c rowavedi e lect r i c p r o p e rtiesoftiesof ( P b , C a , La) ( F e 7 N b ) O s c e r amics J ? JournalBa2Ti 902o ceramics J . JpnJoftheChineseCeo a m i cApplPhys, 2 0 0 3, 42 (3) : So

33、cie2 0 0 2, 30(5 ) : 5 5 4 - 5 5 8.13 1113 14. 12 L E EHR, YOONKH, KIMES. L o wtemperature 8 邹栋，张启龙，杨辉，等.低温烧结B a 3 Ti 5 N b 6 0 2 8 陶瓷 8m So mgandmlo 0 ow8V。dl。18。 ncprop8nlo 801B11、。及其微波介电性能J .压电与声光，2 0 0 8, 30 (1) : 84 bOt ZnNb206ce rami cswi thCuV206addi t iVe J ?Jpn86. JApplPhys, 2 0 0 3, 42 (9B

34、) : 6168 6 1 ? 1 ? ZOUDong. ZHANGQi 1 ong, YANGHu i,al. Low 13WENGMH, HUANGC L ? Sing5 Nb 68 c e rami cg J0 0 3,? J pnJApp IPhys,39 (6 A) 135283529?t o o p t i c s , 2 0 0 8, 3 0 ( 1 ):6 o万方数据rgBRfis *以WANFANG DATA 工献链i接PbO-B2O3-CuV2O6 掺杂对（Pb,Ca,La）（Fe,Nb）O3 陶瓷微波介电性能的影响作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷（期）：顾莹，江永长，

35、杨秋红，金应秀，GU Ying , JIANG Yongchang , YANG Qiuhong , ZHANG San 顾莹,江永长，杨秋红,GU Ying,JIANG Yongchang,YANG Qiuhong（上海大学材料学院，上海,200072）,金应秀,ZHANG SanG书国京畿大学陶瓷工程系，韩国水源442-760）压电与声光PIEZOELECTRICS & ACOUSTOOPTICS2011,33（2）参考文献（13条）.WENG M H;HUANG C L Single phase Ba2Ti9O20 microwave dielectric ceramics prepared by lowtemperature liquid phase sintering 2003(6A).LEE H R;YOON K H;KIM E S Low temperature sintering and microwave dielectric properties of BiNbO4-ZnNb2O6 ceramics with CuV2 O6 additive 2003(9B