黃龍, 丁士華, 張曉云, 嚴(yán)欣堪, 李超, 朱惠

Li2O-B2O3-SiO2玻璃相對(duì)BaAl2Si2O8結(jié)構(gòu)及微波介電性能的影響

黃龍, 丁士華, 張曉云, 嚴(yán)欣堪, 李超, 朱惠

(西華大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院, 成都 610039)

采用固相工藝制備BaAl2Si2O8-wt%Li2O-B2O3-SiO2(=0, 0.1, 0.3, 0.5, 1.0, 2.0)陶瓷。探究不同含量的Li2O-B2O3-SiO2(LBS)玻璃相對(duì)BaAl2Si2O8(BAS)陶瓷的燒結(jié)溫度、結(jié)構(gòu)及微波介電性能的影響。結(jié)果表明: LBS玻璃相可明顯降低BAS陶瓷的燒結(jié)溫度, 并促進(jìn)BAS陶瓷晶粒長(zhǎng)大和晶體結(jié)構(gòu)由六方相轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毕?。?dāng)=0.1時(shí), 六方相即可全部轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毕? 在0.1≤≤2.0范圍內(nèi), BAS陶瓷晶體結(jié)構(gòu)均為單斜相。添加0.3wt%的LBS玻璃相可促進(jìn)BAS樣品密度、介電常數(shù)和品質(zhì)因數(shù)增大, 諧振頻率溫度系數(shù)絕對(duì)值減小。在=0.3, 燒結(jié)溫度為1275 ℃時(shí), 可獲得具有較好品質(zhì)因數(shù)的單斜鋇長(zhǎng)石, 其介電性能:r=6.74,=34570 GHz,τ= –15.9710–6/℃。

鋇長(zhǎng)石; 單斜相; 晶體結(jié)構(gòu); 介電性能

微波介質(zhì)陶瓷在微波電路中可作為一種多功能陶瓷。低介電常數(shù)可最大限度地減小與導(dǎo)體的電磁交叉耦合, 縮短電子信號(hào)“傳輸”時(shí)間[1]。近年來, 低介電常數(shù)(r<10)、低介電損耗(tan<10–4)及近零諧振頻率溫度系數(shù)(τ≈0)的陶瓷材料廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、通訊、微波基片等領(lǐng)域, 并且能夠滿足微波電路集成化、高可靠性和低成本等要求[2-3]。因此, 這類陶瓷材料一直是人們研究的熱點(diǎn)。

鋇長(zhǎng)石(BaAl2Si2O8)作為一種低介電常數(shù)介質(zhì)陶瓷, 具有耐高溫, 機(jī)械性能好, 抗氧化性和抗腐蝕性強(qiáng)等眾多優(yōu)點(diǎn)[4]。鋇長(zhǎng)石有單斜相、六方相和正交相三種晶體結(jié)構(gòu), 單斜相鋇長(zhǎng)石在1590 ℃下可穩(wěn)定存在, 具有較好的介電性能和電絕緣性以及較小的線膨脹系數(shù)。相比之下, 六方相鋇長(zhǎng)石線膨脹系數(shù)較大, 在1590 ℃以下為亞穩(wěn)相, 300 ℃左右六方相與正交相存在可逆性轉(zhuǎn)變, 引起3%~4%的體積變化, 從而導(dǎo)致微裂紋形成[5-9]。

然而, Bahat等[5]在研究鋇長(zhǎng)石晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的動(dòng)力學(xué)時(shí)發(fā)現(xiàn), 相對(duì)于六方相鋇長(zhǎng)石, 單斜相鋇長(zhǎng)石不易自發(fā)形核。通常需要在高溫下長(zhǎng)時(shí)間保溫以促進(jìn)六方相鋇長(zhǎng)石向單斜相鋇長(zhǎng)石的轉(zhuǎn)變, 但能耗較高。因此, 尋求在促進(jìn)鋇長(zhǎng)石晶體結(jié)構(gòu)由六方相轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毕嗟耐瑫r(shí)降低其燒結(jié)溫度具有重要研究意義。

Song等[10]通過在BaAl2Si2O8(BAS)里面添加LiF, 研究了LiF對(duì)BAS陶瓷材料的影響, 結(jié)果表明, 添加LiF可以有效促進(jìn)BAS晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變。Lee等[11]利用固相反應(yīng)法在BAS中加入Li2O也可促進(jìn)鋇長(zhǎng)石晶體結(jié)構(gòu)由六方相轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毕?。此? Li2O-B2O3-SiO2(LBS)玻璃作為一種燒結(jié)助劑, 可以有效降低BaO(Nd0.8Bi0.2)2O34TiO2、MgTiO3-CaTiO3、MWF-38和MBRT-90陶瓷體系燒結(jié)溫度至950 ℃以下, 且具有較好的微波介電性能[12-14]。因此, 本工作通過采用固相反應(yīng)法將含有Li+的LBS玻璃相添加到鋇長(zhǎng)石中, 從而考察不同添加量的LBS玻璃相對(duì)鋇長(zhǎng)石的燒結(jié)溫度、晶體結(jié)構(gòu)及微波介電性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 樣品制備

采用分析純的BaCO3、Al2O3、SiO2為鋇長(zhǎng)石原料, 按BaAl2Si2O8化學(xué)計(jì)量比稱量。同時(shí)采用分析純Li2CO3、B2O3、SiO2為玻璃相原料, 以57:38:5的分子比進(jìn)行稱量。將稱量好的原料均以原料:去離子水:鋯球=1:1:4的比例放入行星球磨機(jī)球磨8 h, 烘干過篩, 分別以920、630 ℃對(duì)鋇長(zhǎng)石原料和玻璃相原料進(jìn)行預(yù)燒, 均保溫2.5 h, 然后研磨過篩備用。將熱處理后的玻璃相原料按鋇長(zhǎng)石主料的不同質(zhì)量比例進(jìn)行添加, 二次球磨8 h, 烘干過篩, 加入適量PVA粘結(jié)劑進(jìn)行造粒, 以300 MPa的壓力成型, 然后分別在不同燒結(jié)溫度下保溫3 h后隨爐冷卻, 制得陶瓷樣品。

1.2 樣品表征

采用BS223S型Sartorius密度儀(Archimedes理論)測(cè)量樣品密度。采用′Pert型轉(zhuǎn)靶X射線衍射儀(CuKα,=0.15406 nm)分析樣品晶體結(jié)構(gòu)。采用JEOL的JSM-6010掃描電子顯微鏡觀察樣品表面顯微形貌。采用Agilent公司的N5230A網(wǎng)絡(luò)分析儀和MC-710P小型高低溫試驗(yàn)箱測(cè)試樣品的微波介電性能, 其測(cè)試頻率約為12.5 GHz, 測(cè)試方法為Hakki-Coleman平板諧振器法。其諧振頻率溫度系數(shù)計(jì)算公式如下:

其中:85和25為BaAl2Si2O8-wt%Li2O-B2O3-SiO2(BAS-wt%LBS)陶瓷樣品在85和25 ℃時(shí)的中心諧振頻率。

2 結(jié)果與討論

2.1 燒結(jié)特征分析

圖1(a)為BAS-wt%LBS陶瓷樣品線收縮率和密度隨燒結(jié)溫度的變化曲線。由圖1(a)可知, 樣品的線收縮率與密度隨燒結(jié)溫度的變化趨勢(shì)相似, 相同LBS玻璃相添加量下, 樣品密度隨燒結(jié)溫度升高而增大, 然后趨于穩(wěn)定。

圖1(b)為BAS-wt%LBS陶瓷樣品密度與LBS玻璃相添加量的關(guān)系曲線。當(dāng)=0.3時(shí), 適量的LBS在燒結(jié)過程中產(chǎn)生液相, 促進(jìn)BAS陶瓷燒結(jié), 使得樣品密度增大至最大值(=3.1706 g/cm3), 為單斜鋇長(zhǎng)石理論密度(=3.39 g/cm3)[3]的94%, 相對(duì)于純BAS在1400 ℃下保溫3 h的密度(=2.8929 g/cm3), 出現(xiàn)了大幅度的提升。當(dāng)0.5≤≤2.0時(shí),結(jié)合圖5(d~f)可知, 隨著LBS玻璃相繼續(xù)添加, 陶瓷晶粒減小, 從而使得密度降低; 此外, LBS具有較小的密度(=2.4 g/cm3)[15], 并且LBS玻璃中的B2O3具有較低的熔點(diǎn), 在800 ℃以上具有一定揮發(fā)性, 會(huì)導(dǎo)致樣品中氣孔率增加[16–17], 密度減小。

圖2為L(zhǎng)BS玻璃的DSC曲線圖, 由圖2可知, 在383 ℃附近出現(xiàn)一吸熱峰, 說明LBS玻璃相熔點(diǎn)約為383 ℃, 并且與Park等[14]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致, 在樣品燒結(jié)過程中, LBS玻璃相可熔化生成液相。一方面, 液相可潤(rùn)濕陶瓷顆粒, 增強(qiáng)陶瓷顆粒之間的毛細(xì)管力, 促進(jìn)液相在孔隙之間流動(dòng), 使陶瓷顆粒產(chǎn)生滑動(dòng)、旋轉(zhuǎn)和重排, 并且樣品中的離子擴(kuò)散激活能下降; 另一方面, 毛細(xì)管力可增強(qiáng)固相溶解度, 促進(jìn)物質(zhì)由高溶解度區(qū)轉(zhuǎn)移至低溶解度區(qū), 使得接觸區(qū)顆粒相互靠近[16,18-19], 從而促進(jìn)陶瓷燒結(jié)致密。

圖1 BAS-xwt%LBS陶瓷樣品線收縮率和密度隨燒結(jié)溫度的變化曲線(a), BAS陶瓷樣品密度隨LBS玻璃相添加量的變化曲線(b)

圖2 LBS玻璃的DSC曲線

本實(shí)驗(yàn)中, 針對(duì)不同的LBS玻璃相添加量, 綜合考慮樣品品質(zhì)因數(shù)和燒結(jié)密度后, 均選取在品質(zhì)因數(shù)最大值對(duì)應(yīng)的燒結(jié)溫度下制備的樣品進(jìn)行研究分析。其添加量與選取的樣品燒結(jié)溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示, 通過表1可知, 不同LBS玻璃相添加量對(duì)BAS陶瓷樣品的燒結(jié)溫度均有不同程度的降低, 且降溫效果隨LBS玻璃相添加量的增加而增強(qiáng)。

2.2 XRD物相分析

圖3為BAS-wt%LBS陶瓷樣品的XRD譜。由圖可知, 當(dāng)=0時(shí), 純BAS在燒結(jié)溫度為1400 ℃下保溫3 h時(shí), 其晶體結(jié)構(gòu)為單一六方相。在0.1≤≤2.0范圍內(nèi), 陶瓷樣品中均生成單斜相, 并且在XRD圖中未觀察到第二相, 說明添加0.1wt%的LBS玻璃相即可促進(jìn)BAS晶體結(jié)構(gòu)由六方相全部轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毕?。圖3右側(cè)為衍射峰放大圖像。當(dāng)0.1≤≤2.0時(shí), 由圖可知, 衍射峰略微向小角度偏移, 且單斜相鋇長(zhǎng)石晶胞體積逐漸增大(見表2), 這可能是由于具有大尺寸的Li+取代了小尺寸的Al3+導(dǎo)致的。其中, 表2為采用Rietveld精修后, 計(jì)算出具有不同LBS玻璃相含量的單斜鋇長(zhǎng)石的晶胞參數(shù)。

表1 不同LBS玻璃相添加量與對(duì)應(yīng)的燒結(jié)溫度

圖3 BAS-xwt%LBS陶瓷樣品的XRD譜圖

表2 BAS-xwt%LBS樣品的晶格常數(shù)與晶胞體積

圖4為六方相鋇長(zhǎng)石和單斜相鋇長(zhǎng)石的晶體結(jié)構(gòu)圖[20]。六方鋇長(zhǎng)石是一種無限擴(kuò)展的二維六方層狀結(jié)構(gòu), 層與層之間通過[Si(Al)O4]四面體的公共頂點(diǎn)連接, 每一層中的[Si(Al)O4]四面體剩余三個(gè)頂點(diǎn)共用, Ba2+處于兩個(gè)沿二維方向無限擴(kuò)展的[Si(Al)O4]四面體層的中間平衡電中性, 與Ba2+等距離的臨近氧有12個(gè)。而單斜鋇長(zhǎng)石的[Si(Al)O4]四面體的四個(gè)頂點(diǎn)共用, 連接成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu), 八個(gè)[Si(Al)O4]四面體連接在一起組成一個(gè)結(jié)構(gòu)單元, Ba2+則隨機(jī)地分散于八個(gè)四面體網(wǎng)絡(luò)的間隙中間平衡電中性, 每個(gè)Ba2+周圍有10個(gè)距離不等的臨近氧[10,21–22]。相比之下, 六方相鋇長(zhǎng)石中Al3+和Si4+排列有序度較高, 晶體結(jié)構(gòu)對(duì)稱性更高, 形核阻力較小, 會(huì)優(yōu)先形核。Bansal通過計(jì)算得出鋇長(zhǎng)石晶型由六方相轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毕嗟幕罨?373 kJ/mol)與Si–O鍵(445 kJ/mol)和Al–O鍵(330~423 kJ/mol)單一鍵斷裂所需要的能量相差不大[21–22], 因此認(rèn)為只有打破Si–O鍵和Al–O鍵, 使[Si(Al)O4]四面體重新連接成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu), 才能實(shí)現(xiàn)晶型轉(zhuǎn)變。加入LBS后, LBS玻璃相中的Li+具有較小的離子尺寸(≈0.068 nm), 且接近于Al3+的半徑(≈0.0535 nm), 可取代Al3+形成取代固溶體, 引起晶格畸變, 活化晶格, 并產(chǎn)生氧空位補(bǔ)償電價(jià)平衡, 而產(chǎn)生的氧空位可促進(jìn)Si–O鍵和Al–O鍵斷裂, 并重新連接形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu), 從而促進(jìn)相變[11]。

另一方面, 六方相鋇長(zhǎng)石能固溶4wt%的SiO2, 而單斜相鋇長(zhǎng)石只能固溶2wt%的SiO2, 要使鋇長(zhǎng)石六方相晶體結(jié)構(gòu)向單斜相轉(zhuǎn)變, 必須析出六方鋇長(zhǎng)石中多余的SiO2[21]。高溫下, 添加的LBS熔化生成液相, 促進(jìn)鋇長(zhǎng)石中SiO2比較緩慢的固相擴(kuò)散轉(zhuǎn)變?yōu)橐合鄶U(kuò)散, 從而加速SiO2擴(kuò)散脫溶, 促進(jìn)BAS相變。

圖4 六方BAS晶體結(jié)構(gòu)(a)和單斜BAS晶體結(jié)構(gòu)(b)

2.3 SEM顯微形貌分析

圖5為BAS-wt%LBS陶瓷樣品的晶粒尺寸分布及表面SEM照片, 由圖5(a)可知, 當(dāng)=0時(shí), 純BAS陶瓷樣品的晶粒呈小顆粒狀, 且樣品中含有很多較大的氣孔。由圖5(b~f)可知, 添加0.1wt%~ 2.0wt%的LBS玻璃相可促進(jìn)BAS陶瓷小顆粒狀的晶粒長(zhǎng)大為具有不同形態(tài)的晶粒, 而且氣孔明顯減小, 由圖5(b~f)中的晶粒尺寸分布可知, 當(dāng)=0.1、 0.3、0.5、1.0、2.0時(shí), 平均晶粒尺寸分別為1.95、2.30、2.10、1.80、1.92 μm。當(dāng)=0.3時(shí), 平均晶粒尺寸最大, 此后, 隨著LBS玻璃相添加量增大, 平均晶粒尺寸有所減小。

2.4 微波介電性能分析

圖6為BAS-wt%LBS陶瓷樣品的介電常數(shù)與LBS玻璃相添加量的關(guān)系曲線。由圖6可知, 當(dāng)=0.3時(shí), 適量的LBS玻璃相可促進(jìn)樣品介電常數(shù)增大。此時(shí), 樣品介電常數(shù)最大,r=6.74。樣品介電常數(shù)不僅與組成材料的介電常數(shù)和體積分?jǐn)?shù)有關(guān), 而且與樣品密度、氣孔率、晶體結(jié)構(gòu)和第二相有關(guān)。由圖1(b)可知, 加入0.3wt%的LBS后, 主要由于樣品密度明顯增大, 從而使得樣品介電常數(shù)增大。另外, 六方鋇長(zhǎng)石的極化率(=0.0258 nm3)小于單斜鋇長(zhǎng)石(=0.1032 nm3)[3], Li+的極化率(=0.0012 nm3)大于Al3+的極化率(=0.00079 nm3)[9,23], 且LBS具有更大的介電常數(shù)(r=7.97)[13], 加入0.3wt%的LBS玻璃不僅促進(jìn)了晶體結(jié)構(gòu)由六方相轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毕? 而且高極化率的Li+取代了低極化率的Al3+, 使得樣品極化率增大, 從而在一定程度上也導(dǎo)致樣品介電常數(shù)增大。在0.5≤≤2.0范圍內(nèi), 由于樣品密度逐漸降低, 陶瓷晶粒減小, 從而導(dǎo)致樣品介電常數(shù)減小, 與圖1(b)對(duì)比可知, 樣品的介電常數(shù)與密度有相同的變化趨勢(shì)[15,24]。

圖5 BAS-xwt%LBS陶瓷樣品的晶粒尺寸分布及表面SEM照片

圖6 BAS陶瓷樣品的介電常數(shù)與LBS玻璃相添加量的關(guān)系曲線

圖7(a)為BAS-wt%LBS陶瓷樣品的×值與燒結(jié)溫度的關(guān)系曲線。由圖7(a)可知, 在≤2.0范圍內(nèi), 添加LBS可降低BAS的燒結(jié)溫度, 且燒結(jié)溫度隨LBS添加量的增加而降低, 這主要是由于LBS在高溫下產(chǎn)生液相, 從而使固相燒結(jié)轉(zhuǎn)變?yōu)楹幸合嗟臒Y(jié), 液相可降低陶瓷樣品的燒結(jié)激活能, 從而降低燒結(jié)溫度。并且降低燒結(jié)溫度的能力隨LBS添加量的增加而增強(qiáng)。微波介質(zhì)損耗可分為本征損耗和非本征損耗, 本征損耗與晶體結(jié)構(gòu)有關(guān), 主要由晶格振動(dòng)模式引起, 非本征損耗與第二相、氧空位、晶粒尺寸和致密度等有關(guān)[25-26]。由圖7(b)可知, 當(dāng)=0.3時(shí), 因?yàn)樘砑舆m量的LBS玻璃相促進(jìn)了陶瓷晶粒長(zhǎng)大, 陶瓷樣品氣孔減小, 燒結(jié)密度顯著增大, 并且BAS晶體結(jié)構(gòu)由×值較小的六方相轉(zhuǎn)變?yōu)椤林递^大的單斜相[3], 所以, 樣品品質(zhì)因數(shù)明顯增大, 且在此時(shí)達(dá)到最大值,×=34570 GHz。然而, 在0.5≤≤2.0范圍內(nèi), 樣品的燒結(jié)密度逐漸減小, 樣品品質(zhì)因數(shù)降低。此外, 添加過量的LBS會(huì)在樣品中生成過多的玻璃相, 而玻璃相具有較大的損耗[26], 從而降低樣品品質(zhì)因數(shù)。

圖7 BAS-xwt%LBS陶瓷樣品的Q×f值隨燒結(jié)溫度的變化曲線(a)和BAS陶瓷樣品Q×f值隨LBS玻璃相添加量的變化曲線(b)

圖8為BAS-wt%LBS樣品的τ曲線。由圖8可知, 添加0.1wt%的LBS玻璃相即可促進(jìn)BAS的諧振頻率溫度系數(shù)向靠近零的方向移動(dòng), 并且樣品τ達(dá)到最大值,τ=–15.01×10–6/℃。諧振頻率溫度系數(shù)與晶體結(jié)構(gòu)、材料的組分、添加劑和第二相有關(guān)。六方相BAS和單斜相BAS的熱膨脹系數(shù)分別為=8×10–6和=2.29×10–6/℃[3]。通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得六方相鋇長(zhǎng)石和添加0.1wt%LBS的樣品介電常數(shù)溫度系數(shù)分別為ε=103.7×10–6和ε=34.9×10–6/℃, 結(jié)合經(jīng)驗(yàn)公式τ=–(0.5ε+)[3,9](其中:τ為樣品的介電常數(shù)溫度系數(shù),為樣品的熱膨脹系數(shù))可知, 諧振頻率溫度系數(shù)與熱膨脹系數(shù)和介電常數(shù)溫度系數(shù)有關(guān), 添加0.1wt%LBS玻璃相后, BAS晶體結(jié)構(gòu)由六方相全部轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毕? 使得樣品熱膨脹系數(shù)和介電常數(shù)溫度系數(shù)均減小, 從而促進(jìn)τ值由–56.24×10–6/℃增大至-15.01×10–6/℃。當(dāng)LBS添加量在0.3≤≤2.0范圍內(nèi)時(shí)，由于LBS具有負(fù)的諧振頻率溫度系數(shù)(τ= -89×10–6/℃)[14]，過量的LBS玻璃相添加導(dǎo)致BAS的諧振頻率溫度系數(shù)又開始向負(fù)的方向移動(dòng)。

圖8 BAS陶瓷樣品的τf值隨LBS玻璃相添加量的變化曲線

3 結(jié)論

1) 添加0.3wt%的LBS玻璃相可將BAS陶瓷燒結(jié)溫度由1400 ℃有效降低至1275 ℃, 并促進(jìn)BAS陶瓷燒結(jié)密度增大至最大值,=3.1706 g/cm3, 為單斜BAS理論密度的94%。

2) 添加0.1wt%的LBS玻璃相即可促進(jìn)BAS陶瓷小顆粒狀晶粒長(zhǎng)大。并且BAS陶瓷晶體結(jié)構(gòu)由六方相全部轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毕唷?/p>

3) 添加0.3wt%的LBS玻璃相可促進(jìn)BAS品質(zhì)因數(shù)大幅度增加, 同時(shí)諧振頻率溫度系數(shù)絕對(duì)值也顯著減小。在=0.3, 燒結(jié)溫度為1275 ℃時(shí), 可獲得具有較好品質(zhì)因數(shù)的單斜鋇長(zhǎng)石, 其介電性能為:r=6.74,×=34570 GHz,τ=–15.97×10–6/℃。

[1] LEI W, ANG R, WANG X C,Phase evolution and near–zero shrinkage in BaAl2Si2O8low–permittivity microwave dielectric ceramics., 2014, 50(2): 235–239.

[2] ZHANG Y, DING S H, LIU Y Q,Crystal structure and microwave dielectric property of Ba1–xMgAl2Si2O8., 2017, 32(1): 91–95.

[3] HAN L C, DING S H, SONG T X,ZBAS on the structure and dielectric property of BaAl2Si2O8., 2018, 33(8): 883–888.

[4] LANSMANN V, JANSEN M. Application of the glass-ceramic process for the fabrication of whisker reinforced celsian-composites., 2001, 36(6): 1531–1538.

[5] BAHAT D. Kinetic study on the hexacelsian-celsian phase transformation., 1970, 5(9): 805–810.

[6] YOSHIKI B, MATSUMOTO K. High-temperature modification of barium feldspar., 1951, 34(9): 283–286.

[7] YANG X J, ZHANG Y, DING S H,Structure and dielectric properties of Ca doped BaAl2Si2O8., 2018, 44: S43–S45.

[8] FERONE C, ESPOSITO S, DELL'AGLI G,Role of Li in the low temperature synthesis of monoclinic celsian from (Ba, Li)- ex-changed zeolite-a precursor., 2005, 7(11): 1406–1414.

[9] SONG X Q, LU W Z, WANG X C,Sintering behaviour and microwave dielectric properties of BaAl2?2x(ZnSi)Si2O8ceramics., 2018, 38(4): 1529–1534.

[10] SONG X Q, DU K, ZOU Z Y,Temperature-stable BaAl2Si2O8–Ba5Si8O21-based low-permittivity microwave dielectric ceramics for LTCC applications., 2017, 43(16): 14453–14456.

[11] LEE K T, ASWATH P B. Role of mineralizers on the hexacelsian to celsian transformation in the barium aluminosilicate (BAS) system., 2003, 352(1): 1–7.

[12] CHO I S, KIM D W, KIM J R,Low-temperature sintering and microwave dielectric properties of BaO·(Nd1?xBi)2O3·4TiO2bythe glass additions., 2004, 30(7): 1181–1185.

[13] SHIN H K, SHIN H, CHO S Y,Phase evolution and dielectric properties of MgTiO3-CaTiO3based ceramic sintered with lithium borosilicate glass for application to low temperature co-fired ceramics., 2005, 88(9): 2461–2465.

[14] PARK J H, CHOI Y J, PARK J G,Low-fire dielectric compositions with permittivity 20-60 for LTCC applications., 2004, 88(2/3): 308–312.

[15] LI E, NIU N, WANG J,Effect of Li-B-Si glass on the low temperature sintering behaviors and microwave dielectric properties of the Li-modified ss-phase Li2O-Nb2O5-TiO2ceramics., 2015, 26(5): 3330–3335.

[16] YOON K H, PARK M S, CHO J Y,Effect of B2O3-Li2O on microwave dielectric properties of (Ca0.275Sm0.4Li0.25)TiO3ceramics., 2003, 23(14): 2423–2427.

[17] ZHANG Q L, YANG H, ZOU J L,Sintering and microwave dielectric properties of LTCC-zinc titanate multilayers., 2005, 59(8/9): 880–884.

[18] YANG H, LI E, YANG H,Synthesis of Zn0.5Ti0.5NbO4microwave dielectric ceramics with Li2O-B2O3-SiO2glass for LTCC application., 2018, 9(3): 392–402.

[19] SHIH Y T, JEAN J H. Low-fire processing of microwave (Ca1?xSr)(Zr1?yMn)O3dielectric with Li2O-B2O3-SiO2glass in H2/N2., 2017, 43: S306–S311.

[20] BANSAL, NAROTTAM P. SiC fiber-reinforced celsian composites. 2005, (Chapter 10): 227–249.

[21] HYATT M J, BANSAL N P. Crystal growth kinetics in BaOAl2O3?2SiO2and SrOAl2O3?2SiO2glasses., 1996, 31(1): 172–184.

[22] BANSAL N P, DRUMMOND III C H. Kinetics of hexacelsian- to-celsian phase transformation in SrAl2Si2O8., 1993, 76(5): 1321–1324.

[23] SHANNON R D. Dielectric polarizabilities of ions in oxides and fluorides., 1993, 73(1): 348–366.

[24] PARK Y H, RYU J M, SHIN M Y,Effect of Nb2O5/ZnO addition on microwave properties of (Zr0.8Sn0.2)TiO4ceramics., 2001, 84(11): 2542–2546.

[25] GU Y J, HUANG J L, LI L H,Microwave dielectric properties of low temperature fired CaO-Li2O-Sm2O3-TiO2ceramics with LBS glass addition., 2012, 148: 887–890.

[26] ZHANG S, SU H, ZHANG H,Microwave dielectric properties of CaWO4-Li2TiO3ceramics added with LBSCA glass for LTCC applications., 2016, 42(14): 15242–15246.

Structure and Microwave Dielectric Property of BaAl2Si2O8with Li2O-B2O3-SiO2Glass Addition

HUANG Long, DING Shi-Hua, ZHANG Xiao-Yun, YAN Xin-Kan, LI Chao, ZHU Hui

(School of Materials Science and Engineering, Xihua University, Chengdu 610039, China)

The BaAl2Si2O8-wt%Li2O-B2O3-SiO2(=0, 0.1, 0.3, 0.5, 1.0, 2.0) ceramics with small amount of Li2O-B2O3-SiO2(LBS) glass addition were prepared by solid state sintering. The sintering temperature, structure and microwave dielectric properties of BaAl2Si2O8(BAS) ceramics withwt%LBS glass addition were investigated. The results show that the LBS glass can greatly reduce the sintering temperature, promote the growth of grain and the transformation of hexacelsian-to-celsian of BAS ceramics. As=0.1, all the hexacelsian were transformed into celsian, and the second phase was not observed as≤2.0. The 0.3wt%LBS glass can promote the density, dielectric constant and′value increase, and the absolute value ofτdecrease. Especially, the BAS ceramics with the 0.3wt%LBS glass addition sintered at 1275 ℃ shows a good′of 34570 GHz, and the dielectric properties arer= 6.74 andτ= –15.97′10–6/℃.

barium feldspar; celsian; crystal structure; dielectric property

TQ174

A

1000-324X(2019)10-1091-06

10.15541/jim20180582

2018-12-13;

2019-01-22

教育部春暉計(jì)劃項(xiàng)目(Z2011077); 四川省特種材料及制備技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題資助項(xiàng)目(szjj2017-059); 四川省教育廳資助項(xiàng)目(14ZB0126); 四川省粉末冶金工程技術(shù)中心資助項(xiàng)目(SC-FMYJ2017-04, SC-FMYJ2017-07);國(guó)家自然科學(xué)基金(11074203); 西華大學(xué)研究生創(chuàng)新基金(ycjj2018012, ycjj2018013) Chun Hui Project of the Ministry of Education (Z2011077); Open Research Subject of Key Laboratory of Special Materials and Preparation Technology of Sichuan Province (szjj2017-059); Foundation of Sichuan Educational Committee (14ZB0126); Opening Foundation of Sichuan Province Engineering Center for Powder Metallurgy (SC-FMYJ2017-04, SC-FMYJ2017-07); National Natural Science Foundation of China (11074203); Graduate Innovation Foundation of Xihua University (ycjj2018012, ycjj2018013)

黃龍(1992-), 男, 碩士研究生. E-mail: 540555281@qq.com

丁士華, 教授. E-mail: dshihua@263.net