微波介质陶瓷材料体系研究综述.doc
微波介质陶瓷制备技术研究进展
１ １ Ｏ ・
材 料 导报 Ａ： 综 述篇
２ ０ １ ４年 １月（ 上） 第２ ８卷 第 １期
微 波 介质 陶瓷 制备 技 术研 究 进展
程 鹏 ， 郑 勇 ， 董作 为 ， 吕学鹏 ， 陈继欣
（ 南京航 空航 天大学材 料科 学与技术学院 ， 南京 ２ １ ０ ０ １ ６ ） 摘要 总结 了近年来微波介质陶瓷制备技术的研究进展 。着重介绍 了微波介 质陶 瓷在 粉末 制备和烧 结方 面
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ａ ｉ ｄ ｓ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｗａ ｖ ｅ ｄ ｉ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ｃ ｅ ｒ ａ ｍｉ ｃ ｓ ，ｐ ｒ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｅ ｄ ｉ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ，ｓ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
中图分类号 ： ＴＭ２ ８
文献标识码 ： Ａ
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｐｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈｅ Ｐｒ ｅ ｐａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｏ ｆ Ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｗａ ｖ ｅ Ｄｉ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｃｅ ｒ ａ ｍｉ ｃ ｓ
１ 粉末 制备技 术
通常， 微 波介 质 陶瓷粉末 采用 固相反 应 法 合成 。该 方 法 是将 多种 氧化 物粉料 混合 、 煅烧， 经 机械 研磨 而 获 得 粉体 ， 具 有设 备 、 工艺 简单 ， 易 于 工 业 化 生产 等 优 点 。但 是 通 过 这 种 方 法难 以获得 高纯 度的物 相 ， 同时不 能确 保粉 体 成分 分 布 的
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｔｈ ｅ ｍａ ｉ ｎ ｐ ｒ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｑ ｕ ｅ ｓ ｏ ｆ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｗａ ｖ ｅ ｄ ｉ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ｃ ｅ ｒ ａ ｍｉ ｃ ｓ ａ ｒ ｅ ｓ ｕ ｍｍ ａ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ ． Ｔｈ ｅ ｎ ｅ ｗ ｔ ｅ ｃ ｈ —
铌钽酸盐微波介质陶瓷材料
1绪论 1.1概述1.1.1微波介质陶瓷微波介质陶瓷是指应用于微波(300MHz~3000GHz)电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷。
它不仅可以用作微波电路中的绝缘基片材料，也是制造微波介质滤波器和谐振器的关键材料。
是近20年来迅速发展起来的一类新型功能陶瓷，具有低微波损耗、高介电常数和小的谐振频率温度系数等特点，已广泛应用于微波和移动通信领域。
微波介质陶瓷所应用的微波频段是指介于无线电波谱中的超短波和红外波之间的电磁波（如图1-1），其频率范围从300MHz~3000GHz ，其波长从1m~0.1mm ，一般又可划分为如图所示的四个分波段。
微波的波长很短、方向性极强，很适合于雷达等用来发现和跟踪目标；微波的频率高、信息容量大，在其300MHz~3000GHz 范围内所包含的可使用波段数是0~300MHz 的长、中、短波范围内所包含的可使用波段数的1000倍，有利于用来进行微波通信。
此外，微波能穿透高空的电离层，因而特别适用于卫星通信。
过去，微波技术主要应用于雷达、通信等特殊场合，但近年来，微波在工业及民用产品中的应用正在迅速增加，例如汽车电话、个人便携式移动通信机、卫星直播电视、微波医用诊断仪等都向民用产品方向迅速发展。
1.1.2微波介质陶瓷的产生背景和意义自从1939年R.D. Richtmyer 尝试将电介质材料用于微波技术以来，在20世纪80年代得到料迅速的发展，其发展动力主要源于微波移动通信的发展需求。
为此需要开发一系列适合于微波范围内具有高性能、高可靠工作特性的电子材料与元器件，微波介质陶瓷正是在这一背景下迅速发展起来的电介质材料，具有低微波损耗、高介电常数、频率温度系数小等特点。
此外，与金属空腔谐振器相比，还具有体积小、质量轻、温度稳定性好、价格便宜等优点。
目前，微波介质陶瓷材料已广泛应用于制作各种微波器件，如稳频振荡器、滤波器等各种介质谐振器以及介质基片、天线和片式电容器，能够满足现代微波通信、移动通信、卫星通信、广播电视、雷达、电子对抗、制导等技术对微波电路集成化、微型化、高可靠性和低成本的要求。
微波介质陶瓷材料及其应用简介 高斯贝尔功田电子
εr：35， Q：30000 @ 3GHz
9
0
0
5
0
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五 微波介质陶瓷部分商用产品性能
εr：25±1， Qf>150000GHZ，τf =0 ± 5ppm/ ℃，（用于卫星通讯 ）。
εr： 45± 1， Qf>80000GHZ, τf =0 ± 5ppm/ ℃，
MWDC (Microwave dielectric ceramics)微波介
微波介质陶瓷成为质近陶年瓷 来国内外研究热点，主要是微波移动通信迅速发展的需
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微波介质一陶微瓷波材介料质在陶微瓷波概通述信、雷 达、移1.动1 通微信波、介移质动电话基站（由其4G、 5G）,卫陶瓷星应广用播通讯及全球卫星定位导 航系统中有着不可替代的重要作用 。
微波介质陶瓷材料及其应用简介
高斯贝尔功田电子陶瓷研发部 陈功田
2018.08.20
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微波陶
一 微波介质陶瓷概述
瓷
微波介质陶瓷是指应用于微波频段（300MHz～3000GHz）电路中作 为
介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷。微波介质陶瓷是一种新型高 技术无机材料，在电子电路等方面有十分重要的作用,在军用及民用领域 有广泛的应用.其主要应用于微波谐振器、滤波器与振荡器，微波电路中 的绝缘基片材料，和高性能陶瓷基微波板材。
（用于卫星通讯和移动电话基站）；
εr： 35± 1， Qf>80000GHZ, τf =0 ± 5ppm/ ℃，
（用于卫星通讯和移动电话基站）；
εr：82，Qf>8000GH Z ，τf=0±5ppm/℃，(用于移动GPS)；
微波陶瓷电介质研究现状
微波介质陶瓷是近二十多年来发展起来的一种新型的功能陶瓷材料。它是指应 用于微波频率电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷材料，是制造 微波介质滤波器和谐振器的关键材料。
目录
一 定义
二 应用与性能
三 高电介质陶瓷发展
应用与性能
微波介质陶瓷应用范围广泛, 在微波电路中的应用主要有如下几个方面: 1、用作微波电路的介质基片 ,起着电路元器件及线路的承载、支撑 、绝缘的作用； 2、用作为微波电路的电容器 , 起着电路或元件之间的耦合及储能作用； 3、用作微波电路的介质天线, 起着集中吸收储存电磁波能量的作用；
高介电常数陶瓷
BLT系微波介质陶瓷的烧结温度普遍偏高,如何降低烧结温度使之能与适当的金属 电极形成温度的匹配,从而使电解质与导体共烧的多层微波介质谐振器结构得以 实现是目前研究的热点。 研究最多的是掺加适量的氧化物或低熔点玻璃相物质作为烧结助剂 湿化学如水热法、溶胶凝胶法、化学共沉淀法等制粉工艺和热压烧结技术 等改变传统的制备工艺,也用来降低BLT体系的烧结温度。
4、用作微波电路的介质波导 , 起着引导电磁波沿一定方向传播的作用；
5、用作微波电路的介质谐振器件, 起着类似一般电子电路中LC谐振电路的作用。 一般说来,用于介电隔离和远距离电磁波传输的介质陶瓷必须具备非常高的品质因数和 较小的介电常数; 用于介电传导和谐振的材料则更加注重高介电常数及介电常数、品质因数和温度系数 三项指标的综合协调。
高介电常数陶瓷
复合钙钛矿CaO2-Li2 O2 -Ln2 O3 -TiO2 CaTiO3 材料在微波频率下具有高ε低Q值和较大的正τ f(τ r=170,Q·f=3500GHz τ f=+800 ×10- 6 /℃) ,而( Li1/2 Ln1/2 )TiO3 具有高εr和较大的负τ f ,CaO-Li2 O- Ln2 O3 TiO2 就是根据复合效应由2 者结合制备得到的。
微波介质陶瓷产业体系发展研究
微波介质陶瓷产业体系发展研究目录一、内容描述 (2)1. 研究背景与意义 (3)2. 国内外研究现状及发展趋势 (4)3. 研究内容与方法 (5)二、微波介质陶瓷概述 (6)1. 微波介质陶瓷定义及特性 (7)2. 微波介质陶瓷的分类 (8)3. 微波介质陶瓷的应用领域 (9)三、微波介质陶瓷产业现状分析 (10)1. 全球微波介质陶瓷产业发展概况 (11)2. 中国微波介质陶瓷产业发展现状 (12)3. 产业链结构分析 (13)4. 市场竞争格局及主要企业 (15)四、微波介质陶瓷产业技术进展及创新 (16)1. 工艺技术进展 (17)2. 材料技术进展与创新 (19)3. 设备技术进展及智能化改造 (20)4. 未来技术创新趋势预测 (21)五、微波介质陶瓷产业市场分析及预测 (22)1. 市场规模及增长趋势分析 (23)2. 市场需求分析 (25)3. 竞争格局及主要客户群体 (26)4. 未来市场发展趋势预测及挑战分析 (27)六、微波介质陶瓷产业发展策略与建议 (28)1. 产业政策及法规建议 (30)2. 技术创新策略建议 (31)3. 产业布局与结构调整建议 (32)4. 人才培养与团队建设建议 (34)一、内容描述微波介质陶瓷产业概述：首先，对微波介质陶瓷产业的概念、特点、分类和发展历程进行梳理，明确微波介质陶瓷产业在国民经济中的地位和作用。
微波介质陶瓷产业现状分析：通过对我国微波介质陶瓷产业的规模、结构、技术水平、市场需求等方面的调查和分析，揭示微波介质陶瓷产业的发展现状和存在的问题。
微波介质陶瓷产业发展规律研究：运用经济学、管理学等多学科的理论方法，对微波介质陶瓷产业的发展规律进行深入探讨，为产业政策制定提供依据。
微波介质陶瓷产业发展策略研究：根据微波介质陶瓷产业的现状和发展趋势，提出相应的产业发展策略，包括产业结构调整、技术创新、市场拓展、人才培养等方面。
微波介质陶瓷产业政策建议：针对微波介质陶瓷产业发展中存在的问题和挑战，提出一系列政策建议，以促进微波介质陶瓷产业的健康、可持续发展。
微波介质陶瓷材料应用现状及其研究方向
微波介质陶瓷材料应用现状及其研究方向马调调【摘要】微波介质陶瓷作为一种新型电子材料,在现代通信中被用作谐振器、滤波器、介质基片、介质天线、介质导波回路等,广泛应用于微波技术的许多领域,如移动通讯、卫星通讯和军用雷达等.随着科学技术日新月异的发展,通信信息量的迅猛增加,以及人们对无线通信的要求,使用卫星通讯和卫星直播电视等微波通信系统己成为当前通信技术发展的必然趋势,这就使得微波材料在民用方面的需求逐渐增多,如手机、汽车电话、蜂窝无绳电话等移动通信和卫星直播电视等新的应用装置.笔者综述了国内外微波介质陶瓷的应用现状,阐明微波介质陶瓷材料应用中存在的问题,指明微波陶瓷材料今后的研究方向.【期刊名称】《陶瓷》【年(卷),期】2019(000)004【总页数】11页(P13-23)【关键词】微波介质陶瓷;微波材料;应用现状;存在问题;研究方向【作者】马调调【作者单位】榆林市天然气化工有限责任公司陕西榆林 718100【正文语种】中文【中图分类】TQ174前言陶瓷的发展史是人类文明史的一个缩影，现代人在研究古代历史的时候，各个时期留存下来的陶瓷便是最有价值的线索。
当陶瓷这一古老的工艺发展成陶瓷科学的时候，她便成了对我们生活能产生重大影响的一门学科。
近半个多世纪以来，随着陶瓷材料的研究和开发，在与人类生活息息相关的各个领域，如电子、通讯、能源、交通、宇宙探索和国家安全等，都能找到陶瓷的身影。
可以说现代人的生活离不开陶瓷，陶瓷的进步给人类带来的是生活方式的日新月异。
微波介质陶瓷是近二十多年来发展起来的一种新型的功能陶瓷材料。
它是指应用于微波频率(主要是300 MHz～30 GHz 频段)电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷材料，是制造微波介质滤波器和谐振器的关键材料。
它具有高介电常数、低介电损耗、温度系数小等优良性能，适用于制造多种微波元器件，能满足微波电路小型化、集成化、高可靠性和低成本的要求。
近年来，由于微波通信事业的迅速发展，卫星通信、汽车电话和便携式电话等移动通信领域对小型化、高性能化的微波电路和微波器件的需求量日益增加，更高频带的利用也在计划之中。
微波介质陶瓷材料体系研究综述
于微波的这些点， 微波技术在通信领 域的应用 有着广阔的前景． 微波介质陶瓷 ， 是指应用于微波 频段电路 中作为介质材料并完成一种或多种功能 的陶瓷 ，９９年 Ｂ Ｑ ｉｈ ｙｒ 理论 上证 明 了 电 １３ ． Ｒｃｔ ｅ从 ｍｅ 介质在 微 波 电路 中用 作 介 质 谐 振 器 的 可 能 性 后 ，
维普资讯
第 ２ 第 ６期 ７卷
２ ０７年 １ ０ ２月
成
宁
学
院
学
报
Ｖｏ ． ７， １ ２ Ｎｏ． ６
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＸｉｎ ｉｇ Ｃｏｌｇ ｏ ｒ ａ ａ ｎｎ ｌ ｅ ｏ ｅ
Ｄｅ ． ０ ７ ｃ２０
文章 编号 ：０ ６— ３ ２ ２ ０ ） ６— ０ ４— ５ １０ ５４ （０ ７ ０ ０ ２ ０
电波相 比， 微波 的频率高 ， 可用频带宽 ， 信息容 量 大， 可以实现 多路通信； 微波 的波长很短 ， 向性 方 极 强 ， 合 于雷达 等发 现 和跟 踪 目标 ； 波 能穿 很适 微
透 高空 的电离层 ， 而特别 适 用 于 卫 星通 讯 等 ． 因 鉴
件及线路的承载 、 支撑 、 绝缘的作用 ；２ 用作为微 （） 波 电路 的 电容 器 ， 着 电路 或 元 件 之 间 的 耦 合 及 起 储 能作 用 ；３ 用 作 微 波 电路 的介 质 天 线 ， 着 集 （） 起
通信等特殊场合． 直到最 近二十几年来 ， 由于微波
技术设 备 向 小 型化 与 集 成 化 ， 其 是 向 民用 产 品 尤
的高产量、 低成木方 向的快速发展， 加上 电子 陶瓷 在最 近 四十 年 来 的 长 足 进 步 ， 使 得 微 波 介 质 陶 才
瓷 的研究 与实用 化迅速 发展 ． １ 微 波 介质 陶瓷的应用 及性 能要 求 １ １微 波介 质 陶瓷 的应用 ．
0820微波介质陶瓷材料及其应用简介高斯贝尔功田电子
<20
温度系数可调
125±3
>2500
<20
150±4
>2000
<30（NPO）
180±4
>1800
<30（NPO）
200±5
>1200
30±10
245±5
>1000
30±10
12
六 高斯贝尔微波介质陶瓷产品
6.2 介质谐振器
介质振荡器
介质谐振器，振荡器为微波电子 设备提供稳定的频率参考源。
13
六 高斯贝尔微波介质陶瓷产品
5 10×10×4
-2
2
3
95～120 要求接地板是20×20mm
全球定位导航的GPS、北斗天线用什么陶瓷介质基板，对 天线的性能影响是很大。特别是材料的介电常数对天线的尺寸 起到关键的作用。
在同一谐振频率的条件下高介电常数的介质材料，天线的 体积会减小。
21
六 高斯贝尔微波介质陶瓷产品
6.4 GPS、北斗、RFID陶瓷片天线
备注
1 66×66×1
6
1.5
3
2.5～5.4 要接地基板70×70mm或更大
2 25×25×4
3
1.5
3
15～25 接地板是35×35mm，可以做到4.5dB
3 18×18×4 1.5
2
3
35～40 接地板是50×50mm，可以做到3dB
4 13×13×4
0
2
3
85～100 要求接地板是50×50mm
有介电常数r、谐振品质因数Q值、谐振频率温度系数tf，这三个性能参数的综合数值决定 了微波陶瓷的应用价值。
2.1 介电常数r
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微波介质陶瓷材料体系研究综述（桂林理工大学）摘要：介绍了微波介质陶瓷的应用及其性能要求,按照应用频域的不同,对微波介质陶瓷的材料体系进行分类讨论,将其划分为低频端、中频端以及高频端等三大类,指明了微波介质陶瓷的发展展望。
关键词: 微波陶瓷;介质陶瓷引言微波介质陶瓷是近十多年来发展起来的一种新型的功能陶瓷材料。
它是指应用于微波频率（主要是300MHz-30GHz频段）电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷材料，是制造微波介质滤波器和谐振器的关键材料。
它具有高介电常数、低介电损耗、温度系数小等优良性能,适于制造多种微波元器件,能满足微波电路小型化、集成化、高可靠性和低成本的要求。
用微波介质陶瓷材料做成的各类高性能器件,已被广泛应用于卫星电视、雷达、移动通讯、电子计算机及现代医学等众多领域[1]。
随着移动通信的发展,微波介质陶瓷已成为高技术陶瓷研究的重点项目之一[2]。
1 微波介质陶瓷的应用及性能要求1．1微波介质陶瓷的应用微波介质陶瓷应用范围广泛,在微波电路中的应用主要有如下几个方面[ 3, 4]: (1)用作微波电路的介质基片,起着电路元器件及线路的承载、支撑、绝缘的作用;(2)用作为微波电路的电容器,起着电路或元件之间的耦合及储能作用;(3)用作微波电路的介质天线, 起着集中吸收储存电磁波能量的作用;(4)用作微波电路的介质波导,起着引导电磁波沿一定方向传播的作用；(5)用作微波电路的介质谐振器件,起着类似一般电子电路中LC谐振电路的作用。
其中,最后一项的应用是最主要的。
因为实现微波设备的小型化、高稳定性和廉价的途径是微波电路的集成化,早期金属谐振腔和金属波导体积和重量过大,大大限制了微波集成电路的发展, 由微波介质陶瓷做成的介质谐振器,可按设计要求将若干谐振器耦合在一起, 制成一系列为满足微波电路各方面需要的腔体块状微波器件,如:滤波器、稳频震荡器及放大器等介质谐振式选频器件,体积小、重量轻介质谐振器件的出现能排除微波电路小型化与集成化方向上的最大障碍。
陶瓷介质微波器件体积小、损耗低、稳定好、承受功率高、可在恶劣条件下工作, 最高应用频率可达90GHz,不仅在民用中广泛应用,而且在军用通信中受到重视。
腔体块状陶瓷介质微波器件有分体和联体两种结构,前者是由几个谐振器耦合而成; 后者是在一个陶瓷块体上制作几个谐振器及其间的耦合结构,使器件体积大大减小,但小型化有限,不能满足移动通信市场日益发展的要求。
利用低温烧结微波介质陶瓷与导体浆料的共烧技术和精细叠层工艺,制成片式多层微波频率器件具有小型化、可表面贴装、性能优良、可靠性高、可承受波峰焊和再流焊等诸多优点。
LTCC技术的出现,微波器件小型化得到迅速发展,如天线、双工器、滤波器、平衡--不平衡转换等叠层微波器件获得广泛应用[5]。
1.2微波介质陶瓷的性能要求[6~8]评价微波介质陶瓷介电性能的参数主要有三个：相对介电常数εr、品质因数Q·f、谐振频率τf。
应用于微波电路的介质陶瓷,除了必备的机械强度、化学稳定性及经时稳定性外,还应满足如下介电特性的要求:(1)在微波频率下材料相对介电常数εr应大,以便于器件小型化。
由微波传输理论可知: 微波在介质体内传输,无论采用何种模式,谐振器的尺寸都大约在λ/2~λ/4的整数倍间。
微波在介质体内传输时的波长λ与它在自由空间传输时的波长λ0有如下关系:λ=λ0/ε0.5。
所以,相同的谐振频率下,εr 越大,介质谐振器的尺寸就越小,电磁能量越能集中于介质体内,受周围环境的影响也小。
这既有利于介质谐振器件的小型化,也有利于其高品质化。
另一方面,谐振频率越高,波长越短,介质谐振器的尺寸在相对介电常数不是很大的情况下也可以很小,不同的应用领域,对εr的要求不同,通常要求εr>10。
(2)在微波频率下的介电损耗tanδ应很小,即介质的品质因子Q(=1/tanδu )要高,以保证优良的选频特性和降低器件在高频下的插入损耗。
共振系的损tanδu由电介质的损耗tanδD、辐射损耗tanδR和电介质的支撑物及其周围金属容器的导体损tanδC 组成。
只有使用低损耗的微波电介质陶瓷,才有可能制出高Q值的谐振器件。
(3)接近于零的频率温度系数τf。
材料的谐振频率温度系数τf是用来衡量谐振器谐振频率温度稳定性的一个参数,τf越大,则表明器件的中心频率随温度的变化而产生的漂移越大,将无法保证器件在温度变化着的环境中工作的高稳定性。
谐振频率的温度系数与电介质的线膨胀系数a、介电常数的温度系数τε存在以下关系:τf=-{a+1/2τε}2 低频端微波介质陶瓷材料(0.8~4GHz)微波介质陶瓷可以按照组成、结构、介电性能以及应用频域来加以分类,按照应用频域划分,可大致将其分为低频端、中频端以及高频端等三大类。
低频端微波介质陶瓷一般介电常数εr大于Q f相对较小,主要包括钨青铜结构BaO-Ln2O3-TiO2系列、CaTiO3改性系列、改性铅基钙钛矿系列等。
它们主要在0.8~4GHz频率范围内的民用移动通信系统中作为介质谐振器件。
部分低频端微波介质材料的微波介电性能如表1所示。
表1部分低频端微波介质材料的微波介电性能Materials εr Q f(GHz) τf（ppm/℃）RefBaO-Nd2O3-Bi2O3-TiO290-92 6000 ~ 0 [9]BaO-PbO-Nd2O3-TiO285-88 6000 0 [10]Ba4.2Nd9.2Ti18O5478 10000 -12 [11]BaO(Sm0.9La0.1) 2O3-5TiO290.7 8900 4.2 [12]CaTiO3-Li1/2-3XSm1/2+XTiO3100 6430 0 [13](Ca,La)TiO3-Li1/2Nd1/2TiO3105 7000 4.5 [13](Pb,Ca)(Fe0。
5Nb0。
5 )O391 4950 2.2 [13](Pb,Ca)(Me1/3Nb2/3)O373 4023 3.7 [13](Pb,Ca)(Zr,Ti)O372 16400 2. 4 [13](Pb,Ca)ZrO3110 3080 13.4 [13]3中频端微波介质陶瓷材料(4~8GHz)一般指介电常数εr在30-70之间,品质因数Q在(5-15)•103之间的微波介质陶瓷材料。
主要是以BaTi4O9,Ba2Ti9O20和(Zr、Sn)TiO4等为基的MWDC材料以及低介电常数物质与CaTiO3、SrTiO3等的复合材料。
主要用于4~8GHz频率范围内的微波军用雷达及通信系统中作为介质谐振器件。
部分中频端微波介质材料的微波介电性能如表2所示。
表2 部分中频端微波介质材料的微波介电性能Materials εr Q f(GHz) τf（ppm/℃）Ref BaTi4O938 >58000 14 [14]Ba2Ti9O2039 >54000 4 [14](Zr0.8Sn0.2)TiO440 50000 3 [14]CaTiO3-NdAlO344 45000 0 [14]SrTiO3-LaAlO334 67461 -8 [15]CaTiO3-Ca(Al1/2Nb1/2)O350 30000 0 [15]4 高频端微波介质陶瓷材料(8~30GHz)一般指介电常数εr在10~30之间,品质因数Q•f值非常高的微波介质陶瓷材料。
复合钙钛矿结构A(B1/3B"2/3)O3型材料是使用最广泛的一种高频端微波介质陶瓷,通式中A= Ba、Sr等; B=Mg、Zn、Mn、Co或Ni等;B"=Ta或Nb等。
系列材料的Q值相当高,在10GHz下仍高达10000以上,τf在零附近可调,εr大约30。
其中,Ba(Mg1/3Ta2/3)O3[16]性能最为优异:εr= 25,Q=16800(10.5GHz),τf=4.4ppm/℃。
类MWDC材料由于品质因数高,具有良好的选频特征,一般应用在10GHz以上的卫星通信、雷达电子对抗等领域。
部分A(B1/3B"2/3) O3型材料的微波介电性能如表3所示。
表3 部分A(B1/3B"2/3)O3型材料的微波介电性能Materials f(GH z) εr Q τf（ppm/℃）Ba(Mg1/3Ta2 /3)O3 10.5 25 16800 4.4Ba(Zn1/3Ta2/3)O3 11.4 30 14500 0.6Ba(Mn1/3Ta2/3)O3 11.4 22 5100 34Ba(Mg1/3Nb2/3)O3 9.9 32 5600 33Ba(Zn1/3Nb2/3)O3 9.5 41 91500 31Sr(Mg1/3Nb2/3)O3 10.3 33 2300 -14Sr(Zn1/3Nb2/3)O3 9.2 40 4000 -395 新工艺新技术5.1 溶胶一凝胶(Sol-Gel)法制备微波介质陶瓷材料用这种方法能得到均匀的,颗粒很细的粉料.在很大程度上提高了瓷料的组成均匀性、结构均匀性和结构致密性,可大大降低陶瓷的烧结温度并缩短烧成周期,而且材料的介电性能也有所提高。
利用此法中的柠檬酸盐分解法,可获得纯的结晶完好的纳米级(30-50nm)的微粉, 特点是获得样品的纯度高,烧结的温度低,通过控制烧成周期和温度可以调节微波介电性能,控制介质损耗。
吴毅强[17]以Zr(NO3)4·5H2 0、Ti(OC4H9)4、SnCl4·5H2O原料,用Sol-Gel法制备了微波介质陶瓷微粉,其Q值较传统方法有明显提高τf亦有改善,其具体制备工艺为: 在配制溶胶的过程中,溶液要保持澄清。
因为Zr(NO3)4·5H20溶于乙醇,所以要预先配制得Zr(NO3)4·5H2O的乙醇溶液备用。
制得的溶胶密封放置2-3d后,控制温度和湿度使溶胶的粘度逐渐增大,形成凝胶,再把凝胶放人干燥塔中充分干燥,得到干凝胶并在500-600℃锻烧干凝胶,最后得到微波介质瓷粉。
5．2掺杂改性在微波频率下,点阵缺陷，空隙或其他微结构相对缺陷能强烈影响Q值。
为控制微观结构，常借助于某些掺杂剂,如在BaO-Nd2O3-TiO2微波介质陶瓷中,掺入Bi2O3可降低材料的谐振频率温度系数τf,但同时也使材料的tanδ增大,采用Sm取代部分Nd,形成BaO-Nd2O3-SmO3-TiO2 (BNST)四元系陶瓷材料,可有效降低材料的τf。
而不降低材料的品质因素Q。
另外,工艺因素对微波介质陶瓷材料的性能有影响。
例如球磨时间,粘合剂浓度,用量,压力,保压时间,预烧温度等对性能也存在影响。
6 微波介质陶瓷材料展望微波陶瓷介质材料对发展微波介质谐振器,滤波器极为重要。