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随着现代微波通讯设备的不断发展，低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-firedCeramic，LTCC)材料成为当今微波介质材料发展的主流。但是，目前真正能用来作为LTCC材料的微波介质陶瓷材料还不多，迫切需要研究和开发具有低烧结温度的新型微波介质陶瓷材料。本论文选择固有烧结温度低(～1100℃)的Li2O-Nb2O5-TiO2(LNT)体系进行新型低温共烧材料的探索研究工作。
首先，研究了不同球磨方式及B2O3掺杂对“M-相”Li1.0Nb0.6Ti0.5O3陶瓷材料的影响。结果表明，通过砂磨工艺可以制备获得更细更均匀的粉体，并使陶瓷的烧结温度降低约100℃；少量B2O3的添加则可以有效地降低样品的烧结温度至880℃附近，其中，添加1wt.％ B2O3，在880℃烧结时，样品具有高的致密度(3.355g/cm3)以及优异的微波介电性能：εr=70，Q*f=5400GHz，τf=-6.39 ppm/℃。
其次，通过改变材料配方，在Li2TiO3固溶体(Li2TiO3ss)区域内探索制备具有低介电常数的新型LNT陶瓷。在本论文的实验范围内，Li2+xNb3xTi1-3xO3(x=0.01，0.02，0.04，0.06，0.081)介质陶瓷材料具有单斜Li2TiO3固溶体(Li2TiO3ss)相结构，并具有优异的微波介电性能：εr值19～24，Q*f值高达60000GHz，τf可调。另外，对Li2+xNb3xTi1-3xO3(x=0.081)材料进行了掺杂V2O5及B2O3的低温烧结研究。少量V2O5的加入，可以有效降低Li2.081Nb0.243Ti0.757O3(LNTL)材料的烧结温度至920℃附近。当V2O5添加量小于2wt.％时，样品XRD峰随V2O5含量的增多而往左漂移，τf值随之逐渐减少；掺杂2wt.％V2O5时，由于二次相的生成，样品XRD峰往高角度漂移，τf值略微增加。当添加1wt.％V2O5时，样品在920℃烧结可以获得良好的微波介电性能：ε=21.5，Q*f=32938GHz，τf=6.1ppm/℃。少量B2O3的加入，LNTL材料的烧结温度可降低至880℃附近。随着烧结助剂B2O3的加入，材料中出现两种成分不同的Li2TiO3ss相。掺杂0.5wt％B2O3的LNTL陶瓷样品，在880℃烧结时，可获得相对最佳的微波介电性能：εr=22，Q*f=32，000GHz，τf=9.5ppm/℃。
接下来，在LNT三元相图的“M-相”及Li2TiO3ss两相共存的区域内进行新型微波介质材料的探索，发现并研究了两种不同组分的具有中介电常数的M1(5Li2CO3-1Nb2O5-5TiO2)及M2(11Li2CO3-3Nb2O5-12TiO2)陶瓷材料。1100℃烧结时，两种材料都具有优异的微波介电性能，M1陶瓷：εr～36，Q*f值～10482GHZ(5.9GHz)，τf～12.2ppm/℃；M2陶瓷：εr～49，Q*f值～9500GHZ(5GHz)，τf～22ppm/℃。M1及M2陶瓷都具有由“M-相”及Li2TiO3ss相组成的复合结构，并具有陶瓷材料中十分少见的特殊的子结构——片状“类珠光体”结构，“类珠光体”子结构由“M-相”及Li2TiO3ss相片状相间构成。为了进一步降低其烧结温度至900℃附近，对M1陶瓷进行了掺杂V2O5及B2O3的低温烧结研究。随着低熔点氧化物的加入，M1陶瓷样品的烧结温度得以降低至900℃以下；同时，材料的微观结构发生了明显的变化，陶瓷材料中的两相，即“M-相”及Li2TiO3ss相完全分离。添加1wt％的V2O5，900℃烧结时，样品εr=41.7，Q*f=7820GH以及τf=45ppm/℃。添加1wt.％ B2O3，900℃烧结时，样品具有更优异的微波介电性能：εr=41.3，Q*f值达9320GHZ，τf值为42ppm/℃。为了进一步简化工艺以及降低成本，还对M1陶瓷进行了低温反应烧结研究。900℃低温反应烧结获得的掺杂1wt％B2O3的M1陶瓷具有相对优异的微波介电性能：εr达41，Q*f值达9885GH，τf值约为43.6ppm/℃。
此外，我们还通过简单复合“M-相’圾Li2TiO3ss两相，设计并分析研究了介电常数在较大范围内可调的LNT陶瓷材料。研究表明，复合陶瓷y“M-相”/(1-y)Li2+x，Ti1-4xNb3xO3材料具有可调的相对介电常数εr(εr：20～60)；通过调节y值大小，可以有效调节材料的相对介电常数εr。并且，通过添加少量烧结助剂B2O3，可将材料的烧结温度降低至900℃附近。可见，此类y“M-相”/(1-y)Li2+xTi1-4xNb3xO3陶瓷是一种很有应用前景的介电常数可调的新型低温烧结微波介质陶瓷材料。