摘要
近年来，随着信息工业的高速发展，为进一步满足无线通讯设备及微波器件向短、小、轻、薄的快速发展需求，超低温共烧陶瓷(Ultra-lowTemperatureCo-firingCeramic,ULTCC)技术应运而生，成为实现微波器件高度集成化、小型化、轻量化和高性能的关键技术。ULTCC是由低温共烧陶瓷(LowTemperatureCo-firedCeramic,LTCC)发展而来的一类新型电介质材料。超低烧结温度(≤650℃)使电介质能够与铝电极及各类电子器件共烧以实现电子设备的集成化和多功能化，同时还可以降低成本、节约能源。因此，持续探索新型高品质因数(Q×f)、低介电常数(?r)的ULTCC陶瓷显得尤为重要。 本文采用固相烧结法制备了钼酸盐Li1.6Mn2.2Mo3O12陶瓷。在此基础上通过Zn2+、W6+离子对Li1.6Mn2.2Mo3O12陶瓷的A、B位进行取代分别制备了Li1.6(Mn1-xZnx)2.2Mo3O12及Li1.6Mn0.44Zn1.76(Mo1-xWx)3O12陶瓷。采用XRD、Raman、SEM、EDS、微波网络矢量分析仪，并结合Rietveld精修和P-V-L化学键理论，详细探究了烧结温度、相组成、晶体结构、显微组织、化学键与微波介电性能之间的关系。得到如下研究结果： 1.Li1.6Mn2.2Mo3O12陶瓷：所有烧结温度下陶瓷样品均呈现单一的Li1.6Mn2.2Mo3O12结构。陶瓷经过580℃烧结得到最佳的微波介电性能：?r=4.75,Q×f=30434GHz，τf=-54ppm/℃，且与Ag、Al金属电极具有优异的化学兼容性。Li1.6Mn2.2Mo3O12不与TiO2反应。随着TiO2量的增加，复合陶瓷的烧结温度升高至610~700℃，τf值向正值移动，但Q×f值随之下降。当TiO2量为0.5mol，烧结温度670℃时，陶瓷具有最佳的微波介电性能：?r=14.8,Q×f=14687GHz,τf=-6.5ppm/℃。 2.Zn掺杂的Li1.6(Mn1-xZnx)2.2Mo3O12陶瓷：掺杂不同x值(0≤x≤1)的Zn，陶瓷均为纯Li1.6(Mn1-xZnx)2.2Mo3O12相结构，Zn替代Mn形成了完全固溶体。Zn2+进入[Li/Mn/ZnO6]八面体和[Li/Mn/ZnO6]五面体中取代Mn2+，降低了Li/Mn/Zn-O键的键长，导致多面体的压缩形变，从而减小了晶胞体积。随着Zn2+的加入，提高了Li1.6(Mn1-xZnx)2.2Mo3O12陶瓷的单位体积极化率，降低了声子阻尼，说明Zn2+可有效调控该体系的介电常数与Q×f值。利用P-V-L化学键理论分析了Zn2+的加入对Li1.6(Mn1-xZnx)2.2Mo3O12陶瓷介电性能的影响。随着Zn2+的加入，?r逐渐增大，Q×f值呈先增后减的变化，τf逐渐减小，表现出与fi(Mo(1)-O(1))、ULi/Mn/Zn(3)-O(1)1、E(Mo(1)-O(1))相同的变化趋势，表明化学键特性是影响微波介电性能的重要原因。在620℃的烧结温度下，Li1.6(Mn0.2Zn0.8)2.2Mo3O12(x=0.8)陶瓷获得了优异的微波介电性能：?r=5.17,Q×f=60106GHz,τf=-58ppm/℃，并实现了和金属Al和金属Ag电极的共烧。 3.W掺杂的Li1.6Mn0.44Zn1.76(Mo1-xWx)3O12(0≤x≤0.1)：所有陶瓷均显示出单相钒铁铜矿结构。随着W掺杂量（x值）的增加，陶瓷的晶胞参数逐渐增大，烧结温度从620℃升至640℃。当x=0.025时，样品烧结后微观形貌最致密，相对密度最高。W6+的取代使陶瓷的介电常数和Q×f值均呈现先增后减的变化，这与其单位体积极化率、原子堆积密度以及气孔率有关。加入的W6+使陶瓷的τf值逐渐向正值移动，这与陶瓷的晶胞体积的增大有关。在x=0.025，烧结温度为620℃时陶瓷获得最佳的微波介电性能：?r=5.2,Q×f=62097GHz,τf=-56ppm/℃，并实现了与金属Al和Ag电极的共烧，满足了ULTCC材料的使用要求。
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