微波介质陶瓷及器件研究进展

现代移动通信、无线局域网、全球卫星定位系统等技术的革新，对以微波介质陶瓷为基础的微波电路器件提出了更高的要求，各种微型化、高频化、片式化、模块化的新型微波介质陶瓷器件及相关介质陶瓷得到迅速发展。综述了近几年在高介电常数、高频、低温烧结微波介质陶瓷方面的进展，对不同材料体系的离子取代、离子置换、低熔点烧结助剂对微波介质陶瓷结构、介电性能的影响进行了分析讨论。概述了介质谐振型、叠层型、功能模块型微波介质陶瓷器件的研究和生产情况，重点论述了与低温共烧技术相关的介质陶瓷、器件及模块的进展，探讨了材料特性、微波器件结构与微波特性之间的关系，并指出了今后微波介质陶瓷及器件的发展方向。     

固有烧结温度低的微波介质陶瓷

微波介质陶瓷是现代通讯技术中的关键基础材料。在制备多层微波介质片时,为了使用Cu、Ni等低熔点电极,必须降低微波介质陶瓷的烧结温度。开发固有烧结温度低(<1060℃)同时具有良好性能的微波介质材料成为必然的选择。本文简要介绍了7类固有烧结温度低的微波介质陶瓷的烧结特性与微波介电性能,同时也指出了研究中存在的一些问题。     

低温共烧微波介质陶瓷及其器件的研究进展

评述了BiNbO4,MO-TiO2(M=Mg,Zn,Ba),AB2O6(A=Ba,Mg,Zn,B=Nb,Ta),MO-SiO2(M=Ca,Mg,Zn),CaO-Li2O-Nb2O5-TiO2,BaO-Ln2O3-TiO2(Ln=Sm,Nd)等低温共烧(low-temperature co-fired ceramics, LTCC)微波介质陶瓷的结构及性能.讨论了微波介质陶瓷的降温方法、机制及其存在的问题,分析了LTCC微波介质陶瓷工艺特性.概述了滤波器、天线、谐振器等片式多层微波器件的研究进展.提出了LTCC微波介质陶瓷及其器件的今后的研究方向.     

超低温烧结微波介质陶瓷制备工艺的研究进展

传统方法制备微波介质陶瓷通常需要1 000℃以上高温,不仅工艺周期长、能量消耗高,而且难以实现多种材料体系的集成共烧。如今,无线通讯技术的不断革新和蓬勃发展对微波器件小型化、集成化提出了更高要求,低温共烧陶瓷/超低温共烧陶瓷技术被开发和广泛应用。研究烧结温度更低、烧结效率更高,且微波介电性能优异的节能环保型绿色制备工艺,已经成为全球范围内研究热点之一。液相烧结、热压烧结、微波烧结、放电等离子体烧结、闪烧等烧结工艺的提出促进了低温烧结微波介质陶瓷的发展。最近,又出现了一种新的超低温烧结工艺—冷烧结技术。冷烧结具有极低的烧结温度(一般≤300℃)、可在短时间内实现陶瓷高致密化,且在物相稳定性、复合共烧以及晶界控制等方面有着优势,为超低温烧结工艺以及微波介质材料体系的开发提供了新的契机。     

CaTiO3添加对MgNb2O6微波介质陶瓷性能的影响

为了更好的满足无线通讯高频化的要求,采用固相法制备了温度系数近零的(1–x)Mg Nb₂O₆–xCaTiO₃(x=0,0.02,0.04,0.08,0.12,0.16)微波介质陶瓷。研究了CaTiO₃的加入量对MgNb₂O₆微观结构和介电性能的影响,探究各物相的形成和烧结行为。结果表明：适当的CaTiO₃加入量能够促进MgNb₂O₆的烧结,降低了烧结温度。通过X射线衍射分析,CaTiO₃与MgNb₂O₆在高温时会反应生成CaNb₂O₆和Ti₈O₁₅、Ti₂Nb₁₀O₂₉。增加CaTiO₃的加入量,会降低陶瓷的品质因数Q×f,但同时会提高其介电常数ε     

低温烧结Ca[(Li1/3Nb2/3)0.8Ti0.2]O3-σ微波介质陶瓷掺杂改性

本文研究了ZnO对低温烧结Ca[(Li1/3Nb2/3)0.8Ti0.2]O3-σ烧结特性、介电性能的影响。研究表明:ZnO对Ca[(Li1/3Nb2/3)0.8Ti0.2]O3-σ陶瓷的烧结无明显促进作用;适当的ZnO可提高Ca[(Li1/3Nb2/3)0.8Ti0.2]O3-σ的品质因子Qf值,w(ZnO)含量从0%变化到3%,Qf值从8730GHz增至11228GHz;随ZnO含量的增加,εr减小,τf向负频率温度系数方向移动,Qf值先增后减;添加3wt%ZnO的Ca[(Li1/3Nb2/3)0.8Ti0.2]O3-σ陶瓷,在920℃烧结4h,获得介电性能为:εr=37,Qf=11228GHz,τf=0的低温烧结微波介质陶瓷材料。     

CuO包覆制备低温烧结的Ba_2Ti_9O_(20)微波介质陶瓷（英文）

以BaCO3和TiO2粉末进行固相反应来合成Ba2Ti9O20主晶相,分别以液相包覆法和固相混合法引入助烧剂CuO来降低Ba2Ti9O20的烧结温度。研究了CuO对Ba2Ti9O20陶瓷的烧结和介电性能的影响。结果表明,液相包覆CuO后,Ba2Ti9O20陶瓷的烧结温度从1400℃降至1200℃。CuSO4溶液的浓度为0.32 mol/L,1200℃烧结4 h所制得Ba2Ti9O20陶瓷的介电性能良好:εr=43,tanδ=0.005,τf=-7 ppm/℃(1 MHz)。     

微波介质陶瓷低温共烧研究现状

微波介质陶瓷具有低介电常数、高品质因数和近零谐振频率温度系数的特点,满足微波器件向小型化、低成本化、集成化、和多功能化方向发展的特点。而微波介质陶瓷低温共烧又是满足微波介质电子元器件不断向小型化,轻量化,高集成度和高性能方向发展重要途径。本文对微波介质陶瓷实现低温共烧的途径进行了介绍,主要介绍了四种实现微波介质陶瓷低温共烧的方法。     

温度稳定型超低损耗Mg(Zr0.05Ti0.95)O3微波介质陶瓷的研制

为了提高具有超低损耗Mg(Zr0.05Ti0.95)O3陶瓷的温度稳定型,采用Sr2+掺杂来对其进行改性研究。采用传统固相法制备了摩尔比Mg∶Sr∶Zr∶Ti∶O=1-x∶x∶0.05∶0.95∶3(x=0、0.03、0.05和0.07)陶瓷,利用XRD和SEM分析其结构和相组成。随着Sr含量的增加,陶瓷中出现了SrTiO3相,起到了补偿Mg(Zr0.05Ti0.95)O3温度系数的作用。当Mg∶Sr=0.95∶0.05,1390℃烧结4小时的陶瓷一个近零的温度系数(2.1ppm/℃),高的品质因子(207000)以及一个高的介电常数(20.9)。该陶瓷有望应用现代微波领域。     

Bi基微波介质材料研究进展

低温烧结微波介质陶瓷是近年来电介质材料方面的一个重要研究方向,也是发展片式多层微波器件的基础材料.Bi基材料具有较低的烧结温度和优良的介电性能,因而受到了广泛的关注.据此,对不同介电常数Bi基微波介质材料体系的研究进展及应用作了综合介绍,并分析了低熔点氧化物掺杂、离子取代对不同体系微波介质材料结构、介电性能的影响.     

钴离子取代对Ca5Mg4–xCox(VO4)6陶瓷微波介电性能的影响

采用固相反应法制备低温烧结Ca₅Mg₄(VO₄)₆微波介质陶瓷,研究了Co掺杂取代Mg对微波介电性能的影响。结果表明:Co取代后样品形成了固溶体,导致烧结温度降低。当相对密度较低时,致密度主导着εr的变化;当相对密度较高时,εr主要受单位体积离子极化率的影响。此外,Co取代使得晶粒尺寸减小,进而促进了Q×f值的提升。由于τf与键能有着密切的联系,而V—O键的键能最大,τf随着V—O键键能的变化而改变。Ca5Mg4(VO₄)₆具有最佳的微波介电性能:εr=9.65,Q×f=54 685 GHz,τf=–55.3×10^–6℃^–1。     

超低温烧结微波介质陶瓷研究进展EI北大核心CSCD

超低温烧结微波介质陶瓷作为无源集成技术的主要介质材料,可广泛应用于无线通讯、可穿戴电子、物联网和全球定位系统等领域,其相关研究具有重要的应用价值和理论指导意义,是目前功能材料领域的研究热点之一。本文综合介绍了超低温烧结微波介质陶瓷材料的应用背景和主要的材料体系,以及主要材料体系的介电性能和优缺点,探讨了材料组分、介电常数、Qf值、频率温度系数之间的关系,阐述了超低温烧结陶瓷材料的性能调控手段,并指出了今后超低温烧结微波介质陶瓷材料的主要发展前景和研究方向。钼酸盐基超低温烧结陶瓷兼具超低烧结温度、系列化介电常数和低损耗等优点,有望实现在超低温共烧技术中的应用。离子取代和多相复合是有效调控材料微波介电性能的方法,使材料更利于应用。     

微波介质陶瓷的研究进展

综述了微波介质陶瓷材料的特性和发展现状,给出了多数目前已经研究的微波陶瓷体系及其性能,阐述了其制备方法,提出了改善其性能的途径和微波介质陶瓷的预期进展.     

掺杂ZnO-B2O3低温烧结BiNbO4介质陶瓷的研究

研究了烧结助剂ZnO-B2O3对BiNbO4陶瓷烧结特性及介电性能的影响.结果表明ZnO-B2O3形成晶界玻璃相存在于晶粒之间,促进烧结,大幅度降低BiNbO4陶瓷的烧结温度,促使瓷体晶粒尺寸均匀和致密;但ZB的质量分数大于3%,阻碍晶粒长大,破坏晶体结构和排列,导致材料的缺陷和本征损耗增加,从而降低材料的介电性能.ZnO-B2O3的掺杂量以1%为最佳,在880℃保温4h,可达到97%理论密度,在100MHz测试频率下,εr=42,tanδ＜1.5×10-3.     

氧化铈复合钛酸镧钙介质陶瓷的微波性能

以1%(质量分数)CuO为烧结助剂,采用固相合成法制备了(1-x)Ca0.6La0.27TiO3 xCeO2单纯和复合微波介质陶瓷材料.研究了此体系陶瓷的微观结构和微波介电性能.研究表明:当x从0增加到1时,体系的相对介电常数εr从111.2线性降低到22.5;谐振频率温度系数τf从x=0时的正值 297.8×10-6/℃线性变化为x=1的负值-54.2×10-6/℃;而无载品质因数与谐振频率乘积Qf值则呈非线性增加.当x=0.85,且在1 400 ℃烧结,可获得εr=32.2,Qf=6682GHz,τf= 5×10-6/℃的新型微波介质陶瓷.     

低温共烧微波介质陶瓷的研究

随着现代信息产业的飞速发展,对电子线路的微型化、轻量化、集成化和高频化提出了更高的要求.本文研究了低温共烧微波介质陶瓷的发展、意义、工艺及其三大体系,并重点探讨了软铋矿(Bj12MO20-δ)的低温共烧特性.探讨了微波介质陶瓷低温共烧技术的发展现状和将来的发展趋势,指出了发展的不足和主要发展方向.     

Na0.5Bi4.5–x(Sm0.5Ce0.5)xTi4O(15)铋层状压电陶瓷的结构与光电性能

采用固相合成法制备了Na_0.5Bi_4.5–x(Sm_0.5Ce_0.5)_xTi₄O(15)(NBT–x(Sm, Ce))铋层状无铅压电陶瓷,并研究了(Sm,Ce)³⁺掺杂对陶瓷材料结构与光电性能的影响。当(Sm, Ce)掺杂到NBT中,陶瓷的相结构和形貌均没有明显变化,而且促进了体系电学性能。当x=0.008时,其剩余极化强度达到2Pr=13.33μC/cm²,同时Curie温度高达640℃。(Sm, Ce)掺杂改性后,使NBT陶瓷具有了光致发光特性,室温下表现为明亮的橙色光。在407 nm光的激发下,样品在597 nm波长下出现较强的发射带,对应⁴G_5/2→⁶H_7/2能级跃迁。作为一种多功能材料,(Sm,Ce)掺杂的NBT压电陶瓷在光电器件和传感器等方面有着广阔的应用前景。     

Ca_(0.6)La_(0.8/3)TiO_3-Li_(0.5)Sm_(0.5)TiO_3复合微波陶瓷的介电性能

采用传统固相合成法制备了xCa0.6La0.8/3TiO3-(1-x)(Li0.5Sm0.5)TiO3(CLT-LST)系列微波介质陶瓷材料,研究了该系列微波介质陶瓷的物相结构、表面形貌、介电性能。实验发现:随着Ca0.6La0.8/3TiO3含量的增多,CLT-LST样品XRD峰轻微左移。陶瓷组成对微波介电性能影响显著,复合体系CLT-LST的微波介电性能随着x值不同而连续变化:当x从0.2上升到0.6时,介电常数(εr)逐步增大,在x=(0.4~0.6),εr变化趋于稳定,达到较佳值;品质因数(Q·f)则先减小后增大再迅速减小;谐振频率温度系数(τf)逐渐从负值向正值方向移动。当复合体系组成为0.4Ca0.6La0.8/3TiO3-0.6(Li0.5Sm0.5)TiO3时,在1 250℃烧结4h所得到的微波介电性能较佳,εr=125;Q·f=2 680GHz;τf=7.0×106/℃。     

(1-x)Bi0.5(Na0.8K0.2)0.5TiO3-xKSbO3压电陶瓷的制备及性能研究

采用传统固相法制备了新型(1-x)Bi0.5(Na0.8K0.2)0.5Ti O3-xKSbO3无铅压电陶瓷,利用XRD、SEM等测试技术表征了该陶瓷的晶体结构、表面形貌、压电和介电性能。研究结果表明,在所研究的组成范围内陶瓷材料均能形成纯的钙钛矿固溶体。在室温下,当KSb O3的掺杂量为1%时,该体系表现出较好的介电性能:εr和tanδ分别为2 231和0.055。     

添加剂对0.95MgTiO3-0.05CaTiO3陶瓷性能的影响

采用同相反应法分别制备了V2O5,Co2O3和ZnO氧化物掺杂的0.95MgTiO3-0.05CaTiO3(95MCT)介质陶瓷.研究了V2O5,Co2O3和ZnO氧化物掺杂对95MCT陶瓷烧结特性和介电性能的影响.结果表明:V2O5.Co2O3和ZnO氧化物掺杂的95MCT陶瓷的主晶相为MgTiO3和CaTiO3两相结构,无中间相MgTi2O5出现.V2O5,Co2O3和ZnO氧化物掺杂可以有效地降低95MCT陶瓷的烧结温度,提高致密化程度,降低介电损耗,调节温度系数.ZnO掺杂的95MCT陶瓷性能最好:烧结温度降低至1 250℃,介电常数为21.7,烧结密度可达3.8g、cm3(理论密度的98.4%),介电损耗降低至10-5,温度系数为0.12×10-5/℃.