微波介质陶瓷产业体系发展研究

微波介质陶瓷作为微波电路中的电介质,是现代通信技术中的关键基础材料,广泛应用于通信、导航、雷达、卫星等领域。本文在分析国内外微波介质陶瓷及产业发展现状的基础上,剖析了当前我国微波介质陶瓷发展面临的问题,提出了涵盖发展目标、发展思路、重点发展方向以及发展路线图的微波介质陶瓷产业体系自立自强发展战略。为促进微波介质陶瓷的发展,实现我国微波介质陶瓷产品由中低端为主向高端型升级转变,突破高性能微波介质陶瓷制备技术及上游高纯原材料的自主化生产技术,建议加强微波介质陶瓷的基础研究和应用研究、强化重点微波通信领域的创新研发、积极布局第六代移动通信用介质陶瓷和加强产业生态建设。

低损耗铌酸盐微波介质陶瓷的制备与性能

为了获得更低损耗的铌酸盐基微波介质陶瓷,本文以ZnO、GeO_(2)、MoO_(3)和Nb_(2)O_(5)为主要原料,采用固相反应合成法制备Zn[(Ge_(0.5)Mo_(0.5))_(x)Nb_(1−x)]_(2)O_(6)(x=0.05、0.10、0.15、0.20)铌酸盐微波介质陶瓷。采用XRD、SEM以及矢量网络分析仪分别表征材料的物相组成、微观形貌及介电性能。结果表明:烧结温度为1180℃时,x=0.05的微波介质陶瓷表面形貌最为致密,相对密度最大(94.58%),具有较好的微波介电性能,介电常数ε_(r)为21.7,品质因数Q_(f)为64610 GHz,谐振频率温度系数τ_(f)为−81.2×10^(−6)/℃。

Nd_(2)O_(3)对(Zr_(0.8),Sn_(0.2))TiO_(4)微波介质陶瓷结构和性能影响

以(Zr_(0.8),Sn_(0.2))TiO_(4)为基,通过研究Nd_(2)O_(3)(0~0.20 mol%)掺杂(Zr_(0.8),Sn_(0.2))TiO_(4)微波介质陶瓷对物相结构、形貌和介电性能的影响,发现随着Nd_(2)O_(3)掺杂量的增加,(Zr_(0.8),Sn_(0.2))TiO_(4)介质陶瓷的晶格参数、晶粒尺寸变化微弱,Nd^(3+)几乎不影响(Zr_(0.8),Sn_(0.2))TiO_(4)陶瓷阳离子有序生长,而是在(Zr_(0.8),Sn_(0.2))TiO_(4)介质陶瓷的晶界形成钉扎,通过降低介质外在损耗,有效提高陶瓷材料的Q×f值至45000(@15 GHz),并提高容量温度稳定性。

高ε_(r)微波介质陶瓷的结构、介电性质及其研究进展

讨论了BaO-Ln2O3-TiO2(Ln为镧系稀土元素,下同)、CaO-Li2O-Ln2O2-TiO2、铅基钙钛矿等系列高εr微波介质陶瓷的结构、介电性质,分析了其介电性质随不同A位、B位离子的变化规律。指出A位、B位离子的性质、晶体结构、晶胞大小、材料相组成等对材料的介电系数εr、品质因数Q、谐振频率温度系数τf有决定性影响,钛氧八面体的存在是材料产生高εr的主要原因。随A位离子半径的增大、B位离子半径的减小,材料的εr升高,Q值降低。传统的极化损耗机制不能完全解释该类材料的介电特性。今后的发展趋势是利用复合效应来得到εr更高、Q值更高、同时温度稳定性良好的高性能材料。

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。

微波介质陶瓷的研究现状与发展趋势

微波介质陶瓷是现代通信技术中关键基础材料 ,它的应用越来越受到人们的重视。介绍了低介电常数、中介电常数、高介电常数三类微波介质陶瓷的研究现状 ,并根据材料设计的思想对高性能微波介质陶瓷的发展趋势进行了探讨。

微波介质陶瓷的中低温烧结

综述了近年来微波介质陶瓷在低温烧结方面的研究进展.为降低微波介质陶瓷的烧结温度,传统的方法是添加氧化物或低熔点玻璃作为烧结助剂、采用化学合成方法和使用超细粉体作为起始原料.另外,发展具有低烧结温度的新的微波介质陶瓷材料体系也是一种有效的方法.

高频头用微波介质陶瓷的研究进展

目前,高频头用微波介质陶瓷主要有以下几类:BaTi4O9、Ba2Ti9O20、(Zr,Sn)TiO4、CaTiO3-NdAlO3。详细综述了其研究进展,并对其发展趋势进行了讨论和展望。

BiNbO_4微波介质陶瓷的研究

本文研制V2O5和V2O5－CuO复合添加的BiNbO4微波介质陶瓷．实验结果表明：CuO－V2O5复合添加，比单独加入V2O5能大幅度地降低BiNbO4陶瓷的烧结温度，有效地抑制晶粒异常生长，促使瓷体晶粒尺寸较为均匀和致密，降低高频和微波频率的tanδ值．CuO-V2O5复合添加BiNbO4介质陶瓷，在3GHz频率下，εr＝44；

闭式谐振腔法微波介质陶瓷介电常数测量

采用一种封闭式的圆柱形微波谐振腔,实现了微波介质陶瓷材料以及其他中低损耗材料介电常数的准确测量,通过模式匹配技术实现了介质加载条件下腔内电磁场问题的精确求解,得到了腔体谐振频率与材料介电性能之间的精确关系,对各类典型介质材料的测量结果以及多家比对数据表明,相比于传统方法,该方法的测量准确度更高,可达到0.1%;测量范围更宽,不仅能准确测量高介电常数的微波介质陶瓷,也适用于低介电常数的交联聚苯乙烯、聚四氟乙烯等材料,此外由于闭式腔不存在辐射损耗,金属表面电流损耗也较小,对低损耗材料的Q值测量更加准确,损耗角测量下限达10^(-6)以下。该方法适用于介电常数εr=1~100及以上,损耗角正切tanσ=1×10^(-3)~1×10^(-6)范围内各种材料介电性能的准确测量。

低温共烧陶瓷技术(LTCC)与低介电常数微波介质陶瓷

简述了低温共烧陶瓷技术(LTCC)的特点及微波介质陶瓷实现低温共烧的性能要求,重点介绍了LTCC低介电常数微波介质陶瓷的分类及微波介电性能,分析和讨论了LTCC低介电常数微波介质陶瓷存在的问题,针对LTCC低介电常数陶瓷材料今后的发展方向提出了自己的看法。

叠层共烧微波介质陶瓷器件的银扩散机理

采用玻璃和氧化物助烧剂在900℃烧结制备了4种不同介电常数的微波介质陶瓷。研究了叠层共烧工艺制备的微波介质陶瓷器件的银扩散机制。结果表明：银扩散现象不仅与陶瓷基料有关，还与引入的助烧剂种类及用量有关。玻璃助烧剂易产生扩散渗银现象，减少玻璃助烧剂用量有利于减轻扩散渗银。在选用的4种陶瓷中，ZnTiO_3和7Li_2O-4Nb_2O_5-6TiO_2(摩尔比)陶瓷扩散渗银现象不明显，采用ZnTiO_3陶瓷制备的滤波器件性能稳定。

微波介质陶瓷材料发展综述

微波介质陶瓷是移动通讯技术快速发展的关键材料。综述了微波介质陶瓷材料的发展现状、特性和影响因素,详细介绍了几种主要的微波介质陶瓷体系,讨论了微波介质陶瓷材料的低温烧结及其存在的问题,并指出了今后的发展方向。

低固有烧结温度LTCC微波介质陶瓷研究进展

为了满足现代微波通信器件小型化和集成化发展的要求,必须开发出烧结温度低且能与Ag、Cu等价廉金属电极实现共烧兼容的微波介质陶瓷体系。重点介绍了Li基、Bi基、钨酸盐、磷酸盐和碲酸盐等低固有烧结温度的微波介质陶瓷体系,并总结了其在低温共烧陶瓷方面的研究进展。

NdAlO_3-CaTiO_3微波介质陶瓷材料的研究

为实现NdAlO3-CaTiO3体系陶瓷材料的优异微波介电性能,采用传统固相反应法制备了(1-x)NdAlO3-xCaTiO3粉末,研究了不同x值对NdAlO3-CaTiO3陶瓷结构和性能的影响。结果表明,当x取0.60,0.65,0.70,0.75,0.80时,所制陶瓷的结构均比较致密,无气孔,晶界清晰,主晶相为(1-x)NdAlO3-xCaTiO3。随着x的增大,陶瓷的密度由4.95 g/cm3呈近似线性递减至约4.45 g/cm3,粒径由4μm增大至约10μm,微波相对介电常数εr由38增大至约65,谐振频率温度系数τf由-9×10-6/K增大至32×10-6/K,Q.f则由38 000降至约29 000。

微波介质陶瓷材料的研究进展

综述了微波介质陶瓷材料的发展现状、特性及影响因素，讨论了提高微波介质材料性能的途径，并对研究最多的三个材料体系：BaO-TiO2体系、BaO-Ln2O3-TiO2体系（Ln＝Nd，Sm，La）、A（B′1／3B″2／3）O3体系分别予以详细介绍，内容包括：配比、性能、应用以及今后的发展方向。

BaO-Nd_2O_3-Sm_2O_3-TiO_2四元系微波介质陶瓷

本文研究了Ｂｉ２Ｏ３、ＰｂＯ及Ｓｍ２Ｏ３对ＢａＯ－Ｎｄ２Ｏ３－ＴｉＯ２（简称ＢＮＴ）系陶瓷材料微波性能的影响。实验表明，在ＢＮＴ系材料中掺入Ｂｉ２Ｏ３或ＰｂＯ可降低材料的频率温度系数τｆ，但同时也使材料的ｔｇδ增大。采用Ｓｍ取代部分Ｎｄ，形成ＢａＯ－Ｎｄ２Ｏ３－Ｓｍ２Ｏ３－ＴｉＯ２（简称ＢＮＳＴ）四元系陶瓷材料，可有效降低材料的τｆ，改善频率温度稳定性，而不会降低材料的品质因素Ｑ０。当Ｓｍ２Ｏ３∶Ｎｄ２Ｏ３＝７∶３（ｍｏｌ比）时，可得到εｒ＝８０．８０，ｔｇδ＝２．９２×１０－４（２７ＧＨｚ测），τｆ＝２３．６３ｐｐｍ／℃的高性能ＢＮＳＴ四元系微波介质陶瓷材料。

水热法制备Ba_(6-3x)Nd_(8+2x)Ti_(18)O_(54)微波介质陶瓷

利用水热法合成了Ba6-3xNd8+2xTi18O54微波介质陶瓷,并对合成的微波介质陶瓷进行了X射线衍射分析和性能测试。结果表明:选择活性较大的前驱物[如Nd(OH)3,TiCl4],用水热法在360℃保温12h,能合成纯的Ba6-3xNd8+2xTi18O54粉体,极大地降低了粉体的合成温度。用水热法合成的Ba6-3xNd8+2xTi18O54粉体制备陶瓷,其烧结温度为1250℃,比传统固相法要低100℃左右,陶瓷的介电常数(εr)稍大于用固相法制备的陶瓷,品质因数(Q)也有较大的提高,谐振频率温度系数(τf)也有所改善,当x=2/3时,水热法制备的Ba6-3xNd8+2xTi18O54陶瓷具有最佳微波介电性能:εr=88,Q与谐振频率(f)的乘积Q×f=8890GHz,τf=24×10-6/℃。

微波介质陶瓷的助烧与掺杂改性

为满足多层微波元件低温烧结的需求,必须降低微波介质陶瓷的烧结温度。文中综述了近年来微波介质陶瓷研究中的助烧和掺杂改性的发展情况,概述了相关液相烧结的机理,列举了一些低熔点玻璃相的相关微波节电性能。

介质陶瓷同轴谐振器的结构与测量

介质陶瓷同轴谐振器广泛用于微波通讯领域,它有三种基本结构。本文介绍了每种谐振器的结构特点,着重介绍谐振器特性的测量方法。结合实际测量情况,分析了这些谐振器的优缺点。