超低介电常数LiBxAl1-xSi2O6微波介质陶瓷的低温烧结

作     者：熊思宇 莫尘 朱肖伟 朱国斌 陈德钦 刘来君 施晓东 李纯纯 

作者机构：桂林理工大学材料科学与工程学院 桂林理工大学物理与电子信息工程学院 

出 版 物：《无机材料学报》 (Journal of Inorganic Materials)

年 卷 期：2025年

核心收录：

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

基　　金：国家自然科学基金(62061011) 

主　　题：超低介电常数 硅酸铝锂 微波介电性能 低温烧结 

摘      要：超低介电常数锂基硅酸盐微波介质陶瓷材料作为介质基板在第五代无线通信技术中显示出极大的潜力。然而，较高的烧结温度带来的残余应力会导致材料的介电损耗（tanδ）增加，导致微波介电性能变差。本工作通过在LiAlSi2O6陶瓷中引入B3+来减少Al3+含量，从而改善LiAlSi2O6陶瓷的烧结温度和微波介电性能。实验采用固相反应法与冷等静压技术相结合的方式制备了LiBxAl1-xSi2O6（0≤x≤0.2）微波介质陶瓷，并研究B3+掺杂对该材料的烧结特性、相结构、微观形貌以及微波介电性能的影响。研究结果表明，随着掺杂浓度的逐步增加，陶瓷的烧结温度由1400 ℃大幅降低至1000 ℃。同时，相对介电常数(εr)从3.95降低至3.69，品质因数（Q×f）从24，300 GHz显著提升至30，560 GHz，谐振频率温度系数(τf)从-45.9×10-6℃-1升高至-20.9×10-6℃-1。具体而言，εr的变化主要受材料本征极化率、晶格振动以及共价键强度的共同影响；Q×f的提升则与填充分数的增加和阻尼系数的减小密切相关；τf的增加与氧的键价(VO)存在较强的关联性。此外，x = 0.2组分展现出最佳的微波介电性能，其具体表现为：εr= 3.69，Q×f = 30，560 GHz，以及τf= -20.9×10-6℃-1。本研究成果LiBxAl1-xSi2O6为未来高性能微波介质陶瓷材料的开发与应用提供了重要的理论依据和实践指导。