TiO2 掺杂对Al2O3 的致密化、微观结构和微波介电性能的影响

袁 翠，陈 成，李 蔚

(1.上海三思电子工程有限公司，上海 200050；2.华东理工大学 材料科学与工程学院，上海 200237)

0 引 言

Al2O3陶瓷是一种重要的介质材料，由于其介电性能优良、机械强度高、化学性能稳定、价格低廉等特点，被广泛应用于介电谐振器、陶瓷基板和贴片电路中[1,2]。近年来，随着电子技术尤其是5G 通讯技术不断地发展，对Al2O3陶瓷的性能有着越来越高的要求。为了获得高性能的Al2O3介质陶瓷，国内外开展了大量的研究工作。比如，采用纳米Al2O3粉体原料，对烧结后的陶瓷进行退火处理等[2,3]。其中，通过对Al2O3介质陶瓷进行适当的掺杂来提高、改善其介电性能则以其易于调控和规模化生产而备受关注。目前，常用的掺杂包括MgO、TiO2、ZrO2、La2O3、Nb2O5等[2-7]，其中，TiO2的掺杂研究比较多见[2,3,6-11]。例如，Huang 等在纳米α-Al2O3中添加8 wt.%的纳米TiO2，经1350 ℃烧结后获得Al2O3陶瓷具有极佳的微波介电性能：εr=10.81，Q×f=338000 GHz，τf=+1.3 ppm/℃；Yasuharu 等人在将1350 ℃烧结的 0.9 Al2O3—0.1 TiO2陶瓷经1100 ℃退火处理后，获得优良的微波介电性能：εr=12.41，Q×f=148,000 GHz，τf=+1.5 ppm/℃。相对而言，对于TiO2的掺杂量较小(<1 wt.%)的研究比较少。

文中笔者对(0.2—0.8 wt.%)TiO2掺杂的Al2O3陶瓷烧结致密化、显微结构及微波介电性能的变化规律进行了研究。

1 样品的制备及性能表征

1.1 样品的制备

在本实验中，使用高纯度Al2O3粉末(Al2O3含量> 99.95 wt.%)作为原料，并使用TiO2作为掺杂剂，掺杂量见表1。将Al2O3粉末分散在去离子水中，并加入TiO2粉末；再把悬浮液在75 ℃下干燥24 h，干燥的粉末研磨后，过滤并压制成直径为16 mm，高度为8 mm 的圆柱形样品。将样品置于马弗炉中并在1350 ℃下烧结4 h，自然冷却后获得最后的样品。

表1 99 氧化铝陶瓷中的TiO2掺杂量Tab.1 Doping amount of TiO2 in the samples

1.2 样品的测试及表征

采用日本Hitach 公司的TM-300 扫描电镜观察样品的显微结构。采……