功能陶瓷--电介质陶瓷和绝缘陶瓷-中介-微波介质陶瓷概要.ppt

《功能陶瓷--电介质陶瓷和绝缘陶瓷-中介-微波介质陶瓷概要.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

微波介质陶瓷(Microwavedielectricceramics) 2 1.4.5微波介质陶瓷(Microwavedielectricceramics)在电磁辐射的全频谱中,通常将甚高频(30-300MHz)至近红外(750GHz)波段标为微波。一般常将微波波段定义为300MHz-3000GHz，其波长范围为1m-0.1mm，即分米波至亚毫米波。其中又划分为四个波段。分米波段：λ=1m-10cm，f=300MHz-3GHz，甚高频段(VHF)，厘米波段：λ=10cm-1cm，f=3GHz-30GHz，超高频段(SHF)；毫米波段：λ=1cm-1mm，f=30GHz-300GHz，极高频段(EHF)亚毫米波段：λ=1mm-0.1mm，f=300GHz-3000GHz，极超高频段(SEHF)。 1.4.5微波介质陶瓷(Microwavedielectricceramics)微波信号由于其频率极高，波长极短，具有如下特点：由于频率高，信息容量大，所以十分有利于在通信技术领域中应用。可进行直线传播，具有很强的传播方向性．以及高能量和对于金属目标的强反射能力。因此，在雷达、导航等方面有利于提高发射和跟踪目标的准确性。对不同介质具有强穿进和强吸收能力。从面可实现穿透高空中电离层的卫星通信。进行微波医疗诊断、微波探伤，以及作为微波吸收材料和发热体。微波设备的数字化可实现通信的保密性。 5Frequencybandscoveredbythevariouswirelesstechnologies(*includes‘Bluetooth’;HaraldBlatand(Bluetooth)wasafamousKingofDenmarkc.960whoisknownforencouragingcommunicationbetweenpeople).分米波厘米波毫米波亚毫米VHFSHFEHFSEHF 6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。由于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，而微波介质陶瓷制作的谐振器与微波管、微带线等构成的微波混合集成电路，可使器件尺寸达到毫米量级。这就使微波陶瓷成为实现微波控制功能的基础和关键材料。它的应用大致分为两个方面.从而对性能也有两种不同要求:一种是用于介质谐振器(dielectricresonator)DR的功能陶瓷，其中用于包括带通(阻）滤波器(filters)、分频器、耿氏二极管、双工器和多工器、调制解调器(modem）等固体振荡器(oscillators)中的稳倾元件;另一种则是用于微波电路中的介质陶瓷。其中包括用于微波集成电路(MIC)介质基片、介质波导、微波天线(Antennae)及微波电容器等。5.5微波介质陶瓷 7谐振器件介质波导微波天线微波滤波器介质基片介质电容器DielectricResonatorsDielectricFilterDielectricPatchAntenna 在微波电路中的应用主要有以下几方面：用作微波电路的介质基片起着电路元器件及线路的承载、支撑和绝缘作用；用作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；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；用作微波电路的介质波导起着导引电磁波沿一定方向传播的作用；用作微波电路的介质谐振器件（最主要应用）起着类似于一般电子线路中LC谐振电路的作用8 9TypicalApplicationsCellularBaseStationFiltersandCombinersPCS/PCNFiltersandCombinersDirectBroadcastSatelliteReceiversPoliceRadarDetectorsLMDS/MMDSWirelessCableTVAutomobileCollisionAvoidanceSensorsDielectricResonatorAntennasMotionDetectorsApplicationsforTemperatureStableDielectricResonators FamouscompanyJapan:Murata村田制作所Germany:EPCOS(S+M)USA:SkyworksSolutionsInc.陶瓷分部Trans-TechUSA:NardaMicrowave-WestMini-CircuitsEngland:MorganElectroCeramicsP.R.China:6companysmainly浙江正原电气股份有限公司、潮州三环(集团)股份有限公司、景华电子有限责任公司(999厂)、苏州捷嘉电子有限公司、浙江嘉康电子有限公司、福建南安讯通电子公司、高斯贝尔公司、嘉兴佳利电子有限公司、西安广芯电子科技有限公司、张家港燦勤电子元件有限公司、武汉凡谷电子技术股份有限公司、江苏江佳电子股份有限公司 微波陶瓷的介电性能介质谐振器的典型工作模式111.4.5微波介质陶瓷由于微波陶瓷介质工作在微波频率下，介质材料的主要特性参数(εr、tgδ、τf)具有某些特殊要求。对εr而言，由于时间常数大的电极化形式在微波条件下来不及产生，而电子位移式极化在介电常数中所占比例极小，所以起主要作用的是金属离子位移式极化。 12最简单的电介质谐振器是一个相对介电常数为εr的陶瓷圆柱体，其εr值很高，足以使得电介质－空气界面上反射的电磁波仍维持在体腔内。1.4.5微波介质陶瓷λd介质波导波长；D-圆柱样品直径fr谐振频率；C-自由空间光速；λ0自由空间波；υd非磁性介质光速 13谐振电介质中最简单稳定波状态的电磁场情况(a)磁场;(b)电场，(c)在柱面坐标Z=0时，Eφ和Ez随r的变化（z轴垂直于盘面，原点在盘中心。）最简单方式的电磁场情况 14在一定的频率下，谐振器的尺寸与介电常数的平方成反比，因此为使介质器件与整体小型化，必须使介电常数最大化。1.4.5微波介质陶瓷 一般介质陶瓷体的热膨胀系数αL为正，故介电常数温度系数τε必须为负，才能使τf接近零，因此应找出介电常数温度系数为负的陶瓷材料。151.4.5微波介质陶瓷TCf-temperaturecoefficientofresonancefrequencyαL膨胀系数谐振频率温度系数即谐振频率稳定性好。介质谐振器一般都是以介质陶瓷的某种振动模式的频率作为其中心频率，为了消除谐振器的谐振频率特性的温度漂移，必须使近零的频率温度系数 在仅考虑电介质的能量损失而不计及辐射损失或表面导电的条件下，Q=（tanδ）-1在工程上，根据微波谐振器的频率特性曲线。品质因数Q被定义为谐振频率(fr)除以距峰顶3dB处的峰宽(Δf),即Q=fr/Δf。Q值越高，谐振器的频率选择性越好。对于给定材料，Q值随着频率的升高而减小，理论上Qf在微波范围内近似为一常数，所以通常用Qf值来表征材料介电损耗的大小。161.4.5微波介质陶瓷 17微波谐振器的频率特征曲线 在微波频段εr基本上为定值，不随频率而变化。要使微波介质陶瓷具有高εr值。除需考虑微观晶相类型及其组合外，应在工艺上保证晶粒生长充分，结构致密。181.4.5微波介质陶瓷 在微波频段，品质因数Q值与微波频率f有关，因此微波介质陶瓷材料的介电损耗与品质因数则可表示为：εγ1、εγ2、ωγ、γ、ω代表有功介电常数、无功介电常数、材料固有角频率rad/s、衰减因子、频率为f时的角频率。可以看出，在微波频率下，介电材料的介质损耗tanδ正比于ω的增大而增大，材料的品质因数Q则随着频率f的增加而减小。但是对于同一材料来说Q×f乘积值是基本保持不变，因此，在微波频段下，可以采用Q×f来表征材料的品质因数。19 在微波范围内，微波介质的εr及Qf值均基本不变。因此对于同一材料，在较低频率下可获得更高的Q值;而衰减因子γ越大，Q值越小。理想晶体中，γ取决于晶格振动的非谐项，在多晶陶瓷中晶粒、晶界、杂质和缺陷成为损耗增大的主要原因。为获得低损耗、高Q值的微波介质陶瓷，必须尽可能使用高纯原料，并尽力控制工艺以制出杂质少、缺陷少、晶粒均匀分布的陶瓷。201.4.5微波介质陶瓷ω0；γ衰减因子 21 高的εr（一般εr=30~100），有利于介质器件与整体小型化，使电磁能量尽可能集中于介质体内。在微波频率下介质损耗很小,高Q=(tanδ)-1＞103，保证最佳的选频特性。要求近零的谐振频率温度系数TCf(τf),一般在-50~l00℃，αε很小或近于零）,τf=±20ppm/℃，保证器件的中心频率不随温度漂移MLCC基片、支撑件及介质波导衬底，要求有尽可能小的εr。吸收材料则要求介质损耗大介质谐振器性能要求：1.4.5微波介质陶瓷 23微波介质陶瓷性能测试方法1.4.5微波介质陶瓷对微波介质陶瓷材料而言，由于介电常数跨度大、介质损耗低，使用谐振法比较合适。在谐振法中开式腔法比较容易实现，同时其测试范围也较宽，所以国际上最常用。 24 将直径为D(15mm)、长度为L(5-10mm)的圆柱形试样放置在两个平行的金属板中，微波功率通过由样品和两个平行金属板组成的腔体藕合。输入和输出通过两个天线藕合。在某一频率下(该频率主要由介电常数和陶瓷样品的尺寸来决定)，该腔体的阻抗达到最小，即产生谐振，此时穿过的功率最大。腔体的谐振特性可通过网络分析仪来得到直观显示。实际测量中，常用TE011模来确定陶瓷样品的介电性质。因为测试装置可以在网络分析仪上产生许多不同模式的谐振峰，只有TE011模比较容易确认。实际测试中是通过升高或降低上层金属板的办法在频谱图上确定TE011谐振峰的，当上层金属板升高时，TE011模的峰保持不动而其它模的峰会快速移动。25平行板谐振法(theparallelplateresonatormethod)Hakki-colemanandCourtney1.4.5微波介质陶瓷 26对所测试样品，其D和L已知，fr可以通过该方法精确地测试出来，则可以通过公式计算出介电常数。系统硬件:矢量网络分析仪、接口卡、平行板测试夹具、带藕合环的半刚性电缆、高低温箱和安装自动测试软件的计算机介电常数的测试1.4.5微波介质陶瓷D/L=0.4-0.6 Apparatusformeasuringthemicrowavecharacteristicsofdielectrics.Inset,detailshowingspecimenbetweenconductingplanes,andantennas. 28测试频率<1GHz,可用阻抗分析仪如HP4294A 29相对辐射功率样品Q值可以通过测量TE011,谐振峰的宽度计算出来。△f为3dB频带宽度(BW)Q值的测量1.4.5微波介质陶瓷f1和f2分别是温度T1和T2时的谐振频率τf值的测量 平行板谐振法具有测量简单、快速、准确的优点，平行板测试夹具较易制备，比较适用于介电常数适中、介质损耗较小(即高Q值)的微波介质陶瓷的测量，但不适用于介质损耗大的微波介质陶瓷的测量。该方法对介电常数的测量误差一般小于0.5%，对Q值的测量误差一般小于15%。对Q值及谐振频率温度系数的精确测量则需要用屏蔽腔谐振法来测量。301.4.5微波介质陶瓷 31谐振腔体通常具有很高的Q因子，并且在特定的频率发生谐振。如果将一材料样品放入腔体中，将会改变腔体的谐振频率和品质因子Q值。通过这两个参数值的变化，可以得到材料样品的介电常数这种方法目前具有最高的测量精度，尤其适合于低损耗物质的测量，缺点是无法支持宽带的材料测量。屏蔽腔谐振法1.4.5微波介质陶瓷 32AgilentTechnologiesinstrumentsandfixtures1.4.5微波介质陶瓷 N5230C-220PNA-Lnetworkanalyzer10MHzto20GHz,2port,standardtestset85071EMaterialmeasurementsoftware33屏蔽腔谐振法CrosssectionoftheTE01δDielectricResonator1.4.5微波介质陶瓷 341.4.5微波介质陶瓷 35Resonantcavitymeasurement1.4.5微波介质陶瓷 1.4.5微波介质陶瓷高εr(低Q)εr=80~90，Q=(2～5)×103,τf≤5×10-6/℃,f=0.84～4GHz,主要用于工作在低微波频段的民用移动通信机中作为介质谐振器按介电常数分类低εr(高Q)εr=25～30，Q=(1～3)×104，τf≈0，f≥8GHz，卫星直播等微波通信机中作为介质谐振器件中εr(中Q)εr≈40，Q=(6～9)×103，τf≤5×10-6/℃f=4～8GHz,主要用于卫星基站、微波军用雷达及微波通信系统中作为介质谐振器件 1.4.5微波介质陶瓷高εr(低Q)BaO-Ln2O3-TiO2钨青铜型CaO-Li2O-Ln2O3-TiO2铅系钙钛矿系(Pb1-xCax)(Mg1/3Nb2/3)O3,低εr(高Q)复合钙钛矿A(BxB’1-x)O3系A为Ca、Sr、Ba；B为Zr、Sn、Nb、Ta等；B’为Ni、Co、Mg、Zn、Ca等；，Ba(B’1/3Ta2/3)O3(B’=Mg,Zn),BMTorBZT,中εr(中Q)BaTi4O9,Ba2Ti9O20,(Zr,Sn)TiO4 38ThreedirectionofR&Dofmicrowavedielectricceramics 1960s最早考虑TiO2，高εr~100，低tanδ~3×10-4，但是太大的τf~400MK-1，使之不能被使用后转向关注钛酸盐和锆酸盐二元系，正、负的TCε混合,使τf=0微波介质陶瓷材料1.4.5微波介质陶瓷 另一个感兴趣的是MgTiO3–CaTiO3。Mg0.95Ca0.05TiO3，τf~0,εr=21andQ=8000at7GHz.1.4.5微波介质陶瓷微波介质陶瓷材料 1952，ZrO2–TiO2–SnO2(ZTS)电容器，低TCCs。1970s微波应用1970s，Ba2Ti9O201980s，(Ba(Zn1/3Ta2/3)O3)(‘BZT’)mid-1980s，(1-x)Ba[(Zn,Ni)1/3Ta2/3]O3–xBaZrO31980s，BaO-Ln2O3-TiO21990s，CaO-Li2O-Ln2O3-TiO2、铅系钙钛矿系(Pb1-xCax)(Mg1/3Nb2/3)O31.4.5微波介质陶瓷微波介质陶瓷材料 BaO-Ln2O3-TiO2钨青铜型陶瓷(BLT系)成分、结构：BaO·Ln2O3·nTiO2(n＝3~5)，Ln(稀土元素)＝Pr、Sm、Nd等，其中n＝4，Ba6-3xLn8+2xTi18O54性能较好。具有类钙钛矿的钨青铜型晶体结构。在以顶角相联的(TiO6)八面体构成的三维空间网中形成三类适宜不同大小离子占据的空隙。其中第一类最大的空隙(五边形)为Ba2+离子所占有;尺寸稍小的第二类空隙（四角菱形）为Ln3+离子占有，但其中一小部分也为Ba2+占有;尺寸最小的第三类空隙（三角形）一般不为本体离子占有（一般空着）。高εr类 43Projectionofthetungstenbronzestructureinthec-plane.Theinsetshowsthepolardirectionsinorthorhombicstructure.BaO-Ln2O3-TiO2ternarysystem BaO-Ln2O3-TiO2钨青铜型陶瓷(BLT系)性能特点：具有高的εr（＞80）。改性后εr=90～100。具有较高的Q值和较低的TCf值。 BaO-Ln2O3-TiO2钨青铜型陶瓷(BLT系)(1)阳离子Ba位取代(被Li+、Sr2+和Pb2+等取代)在BaNd2Ti4O12中添加Li2O，εr得到改善，TCf从负值变化到正值。少量的Sr2+(5％mol)取代可使微波介电性能得到改善。Pb2+为0.3~0.35mol%的固溶限内，随Pb2+含量的增加，εr上升，但Q值和TCf有下降的趋势。(2)阳离子Ln位的取代（Ln=Nd、Sm、Pr、Gd）随稀土离子半径的下降，保持单相结构固溶范围变窄。对应于Ba6-3xLn8+2xTi18O54，不同离子固溶范围的mol%,分别为Pr,0＜x＜0.75；Nd，O＜x＜0.7;Sm，0.3＜x＜0.7；Gd，x＝0.5。随着稀土离子极化率的降低，εr有所下降，TCf存在从负值变化到正值的倾向。稀土离子间复合取代通过性能互补来调整性能。改性途径 BaO-Ln2O3-TiO2钨青铜型陶瓷(BLT系)在Nd-114相中加入Bi2O3可以显著提高εr。如在BaO·(Nd1-yLay)O3·4TiO2中，y＝0.04~0.08范围，可得到εr＝89~92，Qf＝1855~6091GHz的性能，在y＝0.08附近，TCf接近于0。其它添加物：MnO2、CaO、WO3、Fe2O3等。在Nd-115相添加Mn改善了TCf。除CaO外，少量的添加剂在烧结过程中会形成液相。增大了烧结密度，提高了εr，但一般都伴随着Q值有所下降。采用共沉淀法或络合法制备出了性能优良的BLT瓷料。在Bi添加的Nd-114相材料的研究中，已得出不同的固溶限，其中可相差5％(mol)之多，主要是工艺条件不同所造成，其中关系最为密切的是合成温度和烧结温度。 471390℃×3h,(b)1420℃×3h，Ba6-3xSm8+2xTi18O54陶瓷的烧结表面形貌(a)(b) A(B1/3B’2/3)O3钙钛矿型陶瓷A(B1/3B’2/3)O3A为Ba、Sr，B为Mg、Zn、Mn等，B’为Nb、Ta(Ba(Zn1/3Ta2/3)O3)(‘BZT’),1980s高Q特征，钙钛矿型晶体结构。含Ba的化合物，TCf为正；含Sr的化合物，TCf为负。加少量Mn(1~2％mol)可在较低温度下烧结，还可提高Q值。低εr类 A(B1/3B’2/3)O3钙钛矿型陶瓷高温热处理可大大提高Q值。如对BMnT陶瓷，在1200℃氮气中10h退火，Q值增加5倍，即由1000提高到5100(在11GHz)。热处理使晶体进一步完整，减少结构上的缺陷。介质谐振器的Q值随频率的升高而降低。然而，BMT和BZT陶瓷在高频仍能保持较高的Q值，甚至在20GHz下它的Q值仍可超过6000，这是一个非常有价值的特性。另一方面，介质谐振器的Q值随温度的降低而升高。只有不含Mn加入物的BMT瓷料例外，它在-50～50℃之间，随温度的升高Q值升高。 A(B1/3B’2/3)O3钙钛矿型陶瓷BZT高温长时间退火热处理可大大提高Q值，但是同时会产生Zn离子的挥发和晶粒长大，电子陶瓷损耗与成分-结构-显微结构变化的关系比较复杂。<5mol.%BaZrO3+BZT，~1500℃,4h退火，具有高Q值，1980s中期从商业角度，取得明显进展。(1-x)Ba[(Zn,Ni)1/3Ta2/3]O3–xBaZrO3，Ni:Zn=1:7（原子比），x~0.03，加Ni取代Zn可以调整τf≈0。使其更具实用化。 延长烧结时间可大幅度地提高Q值。在1350℃保温120h，可使其在12GHz下的Q值由6500提高到14000。Q值的提高与晶粒大小和气孔多少无明显关系。用X射线衍射分析发现，Q值的提高与B位离子（Zn、Ta）在结构中的有序分布有关。A(B1/3B’2/3)O3钙钛矿型陶瓷 （Zr,Sn)TiO4陶瓷ZrO2–TiO2–SnO2(ZTS)(Zr,Sn)TiO4是由Sn添加到(Zr)TiO4中形成的固溶体，属于α-PbO2结构，斜方晶系。(Zr,Sn)TiO4材料具有较高的εr，Sn离子的引入改善了Q值并使TCf近于零。应用于4~8GHz的微波段，εr居中，Q值较高，温度稳定性优异，解决了窄带谐振器的频率漂移问题，广泛用于各种介质谐振器和滤波器。1952capacitorswithlowTCCs1972microwaveapplications中εr类 55TheZrxTiySnzO4(ZTS)system:theshadedareaindicatesthesingle-phasemicrowaveceramicfieldafterfiringandannealingmixturesofZrO2,TiO2andSnO2powdersat1400℃. （Zr,Sn)TiO4陶瓷在(Zr1-xSnx)TiO4(x＝0~0.2)中，随着Sn离子对Zr离子的取代，Q值逐渐增大。ZrTiO4和SnTiO4分别具有正、负温度系数(TCf分别为55×10-6和-250×10-6)。其形成的固溶体TCf值可以调至很小甚全零。x↑Q↑ 对传统固相反应法制备的(Zr，Sn)TiO4系陶瓷，如果不添加烧结助剂，其很难达到充分致密化。高的εr要求应有高的致密度，但TCf取决于组成，如果形成第二相将显著影响Q和TCf值。应选取适宜的添加剂促进烧结并保证介质材料的优良性能。（Zr，Sn)TiO4陶瓷 制备原料方法：固相法、溶胶凝胶法、水热法。掺杂助剂：Fe2O3，NiO，La2O3，ZnO，Nb2O5，Ta2O3，Sb2O3，MgO等。Ni具有抑制晶粒生长并有利于改善Q值的作用，Zn具有较好的助烧作用，添加3%（mol）的Zn(NO3)2作烧结助剂，可以实现1250℃的烧结。Zn和Cu的复合添加也可以显著降低烧结温度，于1220℃达到理论密度的96%。而ZnO和WO3的复合添加可以显著改善致密度和Q值。在1250~1275℃范围热处理，可显著减少第二相的存在，Q值可提高25％左右。（Zr，Sn)TiO4陶瓷 BaO-TiO2系陶瓷TiO2在75~100mol％的范围内，存在Ba2Ti9O20，BaTi4O2，BaTi3O7，BaTi5O11和BaTi6O13等。九钛酸钡，bariumnonatitanate(Ba2Ti9O20or‘B2T9’)最佳，81.8mol%时单相的Ba2Ti9O20，具有高的εr，高Q和低TCf，εr＝39.8，Q＝8000，TCf＝(2±1)×10-6／℃，（4GHz）。Ba2Ti9O20属于三斜晶系，P1空间群，理论密度4.61g/cm3。中εr类 60CrystalstructureofBa2Ti9O20 61PhasediagramoftheBaO–TiO2system(>34mol.%TiO2).Inthe1970sbariumnonatitanate(Ba2Ti9O20or‘B2T9’)wasidentifiedasacandidate.AlthoughnoteasytoprocesstoareproducibleproductbecauseoftheexistenceofmanyBaO-TiO2phasesitismanufacturedonacommercialbasis.Ba2Ti9O20 成分的化学计量比的轻微偏离，就会出现BT4和TiO2相的偏析，从而很难保证设计性能要求。 当f由4GHz升到10GHz时，Q值由8000降到4200。在x波段的应用受到限制。 BaO-TiO2系陶瓷瓷体密度越高，Q值与εr值越大，TCf值越小。热压的瓷体密度比普通烧结法要高，但热压试样的Q值比烧结试样小得多。这是由于热压试样晶粒尺寸小于普通烧结试样晶粒尺寸的缘故。在Ba2Ti9O20陶瓷中，为提高Q值必须提高晶粒尺寸，其方法之一是提高热压温度，或是进行热处理。例如，在950℃的氧化气氛中热处理48h，其Q值可提高5%~20%。Ba2Ti9O20陶瓷的制备：采用BaCO3和TiO2为原料，1150-1200℃固相反应合成，采用普通烧结法和热压或连续热压法制成。普通烧结法的温度为1350~1400℃，热压烧结的条件为1250~1290℃，氧化气氛，压力为18~69MPa。 BaO-TiO2系陶瓷在BaO-TiO2系中加入适量的ZrO2或其他加入物，可促进烧结，制得密度为5.4g／cm3的陶瓷材料，在7GHz下，εr=37，Q＝8500。Q值高的原因是加入物改善了烧结过程，获得了较高的密度和较大的晶粒，且晶粒分布均匀。另外，提高坯体的成型密度，采用高纯度的原料，也对提高Q值起一定的作用。有许多的添加剂可增进Ba2Ti9O20相的形成，例如ZrO2、B2O3及SnO2等 67MicrostructureofBa2Ti9O20bulksinteredat(a)1350oC;(b)1300oC.Thesamplewasthermal-etchedat1250oCfor20min. CommercialmicrowaveceramicsInallcases,throughminorcompositionalchanges,theτfcanbeadjustedto±afewMK-1.Datafortitaniaandaluminaareincludedforcomparison. 制备工艺Broadlyspeakingmicrowavedielectricsareallprocessedinconventionalways,thatisbymixingstartingmaterials,calcining,comminution,pressingandfiring.Somtimeshot-pressingisused.DRshavetobemadetoclosedimensionaltolerancesandthisrequiresdiamondmachiningasafinalstep. 微波介质陶瓷低温烧结(1)选择固有烧结温度低的材料。主要包括BiNbO4系、Bi2O3-ZnO-Nb2O5系、ZnO-TiO2系、Li2O-Nb2O5-TiO2系和铅基复合钙钛矿陶瓷Pb(Fe1/3Nb1/3)O3(PFW)、(Pb1-xCax)(Fe1/2Nb1/2)O3(PCFN)及Pb(Fe1/2Nb1/2)O3(PFN)系等。虽然这些体系能够在950℃以内烧结，但是由于存在着种种问题，至今尚未实用化。如BiNbO4系陶瓷与金属Ag电极共烧时会发生反应，导致材料的介电性能严重恶化；典型的低温烧结Bi2(Zn1/3Nb2/3)2O7陶瓷的损耗过大；铅基复合钙钛矿系陶瓷含有铅不利于环境保护等。70 微波介质陶瓷低温烧结(2)利用湿化学合成法或选择超细粉原料进行合成通过采用湿化学方法制备陶瓷粉体，借助细小粉体的高比表面、高活性，可以提高陶瓷合成时的烧结驱动力，从而降低陶瓷材料的烧结温度。例如，Maclaren等采用水热法成功合成了Ba(Mg1/3Ta2/3)O3纳米粉体，采用该粉体为起始原料可以获得具有较好介电性能的陶瓷。但是该粉体团聚严重，成型困难，烧结温度并没有显著的降低。Yue等采用溶胶-凝胶法合成了0.25CaTiO3-0.75(Li1/2Nd1/4Sm1/4)TiO3陶瓷，但烧结温度降低有限，仍高达1200℃。71 微波介质陶瓷低温烧结(3)掺入适量的烧结助剂(低熔点的氧化物、化合物或低软化点玻璃)，通过液相烧结或活性液相烧结来降低材料的烧结温度。该技术是实现微波介质陶瓷的低温烧结最常见和最经济的一种方法。目前通过此种方法已经实现了多种微波介质材料的低温烧结。72 73SinteringaidsAmount／wt%CeramicsTs／°CrQ×f／GHzτf／×10-6/°CBaCO3+CuO2.5(Zr0.8,Sn0.2)TiO4100035-3819600-V2O5+CuO0.5BiNbO4850-930446000-Fe2O30.396044-20Sm2O35*95044.43129604.2V2O52*Zn3Nb2O885022.467500-B2O32(Mg,Ca)TiO3120021.2680004--BaTi4O9-WO313603554280-5ZnO-2B2O33090026----Ba2Ti9O20138038.8432004PbO-B2O3-SiO25120037.29800910110034.84900GeO2+B2O30.3+0.110003819000-V2O52Li2O-Nb2O3-TiO290066380011--Ca[(Li1/3Nb2/3)0.8Ti]0.2O3-σ115038.6216000Bi2O34105037.81103012--BaO-TiO2-ZnO-Nb2O5125033.991111MnCO3+SnO2-116036>10000Microwavedielectricpropertiesofceramicsdopedwithsinteringadditives(*mol%) 添加低熔点烧结助剂，材料的微波介电特性均有不同程度的恶化，其主要原因是：(1)材料的主晶相与玻璃相之间有化学反应产生，产生第二相，主晶相含量减少，或有杂质相产生；(2)材料内部有玻璃相存在，使其本征损耗增大；(3)晶格缺陷的产生。因此，制备高品质因数的低温烧结微波介质陶瓷材料，应尽量减少高损耗助烧剂的用量。74glass(B2O327mol.%,Bi2O335mol.%,SiO26mol.%,ZnO32%)BaNd2Ti4O12εr=67,τf=4MK-1Q=41000(6GHz)900℃烧结3h微波介质陶瓷低温烧结 75DielectricpropertiesofmicrowaveLTCCs**NopriorglassmeltingMgTiO3–CaTiO3,**B2O3,SiO2,ZnOAfterfiringat900℃thefinalproductwasacrystallineglassceramicwithnodetectableamorphousphaseandofferingusefuldielectricproperties 76添加4wt%BCB的CLST烧结试样的TEM明场图像，烧结温度1050℃,(a)、(b)和（c）：（HRTEM）白色为非晶，即BCB玻璃，(d)：（TEM）三叉晶界的低倍图像。(a)：白色为非晶，即BCB玻璃；(b)：为一晶界的TEM图像，亮区和暗区同上；(c)和(d)：晶界的低倍图像。 77片式多层滤波器片式多层转换器片式多层天线 完