添加剂对fe2o3nb2o5tio2系微波介质陶瓷性能影响(附件)【字数：16595】
摘 要摘 要 现在的信息技术飞速发展，各类电子产品层出不穷，在物竞天择和优胜劣汰的竞争下，小型化、便携化、多功能、高可靠和低成本便成为了它们是否能够在市场上继续生存下去的关键。与此同时，低温共烧陶瓷设计和制造出的微波介质陶瓷便进入了人们的视野之中，它可以有效的减少现在电子产品使用器件的尺寸，满足微波元器件小型化的需求，因此对具有高介电性微波陶瓷的研究便显得尤为迫切，并具有重要意义。 本文主要采用传统固相法制备得到Fe2O3-Nb2O5-TiO2系微波介质陶瓷，研究在不同的烧结温度下对Fe2O3-Nb2O5-TiO2系微波介质陶瓷介电性能的影响规律，并且观察在使用不同助烧剂的情况下前者的介电性。 实验结果表明在添加剂ZnO含量相同的条件下，Fe2O3-Nb2O5-TiO2介质陶瓷的介电性能会随着温度的改变而变化。当烧结温度较低时，样品烧结不充分，介电性能较差；随着烧结温度升高，样品介电性能逐渐增大，并在1225℃达到最大值；当烧结温度超过1225℃时，样品材料过烧，其介电性能逐渐降低，但此类材料的介电损耗较高，会浪费部分能量。 当温度相同时，适量的ZnO烧结助剂能促进Fe2O3-Nb2O5-TiO2样品烧结，降低其烧结温度，使样品获得较好的介电性能。当添加剂ZnO含量小于2wt%时，样品的介电常数随其含量的增多而增大；当B2O3含量超过2wt%，样品介电性能开始逐渐降低。 本实验通过计算并分析数据，发现Fe2O3-Nb2O5-TiO2介质陶瓷的介电常数在没有进行ZnO掺杂时已经超过2×104，进行掺杂后又获得大幅度提升，在4×104-7×104之间，属于巨介电材料的范畴，属于微波陶瓷分类中的介质陶瓷，极高的介电常数可使它具备储能的功能，具有电容器的作用。关键词低温共烧陶瓷（LTCC）；微波介质陶瓷；Fe2O3-Nb2O5-TiO2；介电性能；烧结特性；巨介电材料
目录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 微波介质陶瓷材料 2
1.2.1 微波介质陶瓷的发展和应用 2
1.2.2 微波介质陶瓷的分类 4
1.2.3 微波介质陶瓷的性能 8
1.3 电介质材料 8
1.3.1 电介质材料的发展和应用 8
1.3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
.2 电介质的介电损耗 9
1.4 低温共烧陶瓷技术 9
1.5 课题的提出与研究 11
1.5.1 研究现状 11
1.5.2 研究目的和内容 11
第二章 实验方法 12
2.1 实验原料 12
2.2 主要实验仪器 12
2.3 实验工艺 13
2.4 性能测试 15
2.4.1 物理性能测试 15
2.4.2 介电性能测试 15
第三章 结果与讨论 17
3.1 烧结温度对Fe2O3Nb2O5TiO2介电性能的影响 18
3.2 助烧剂ZnO对Fe2O3Nb2O5TiO2性能的影响 27
3.3 不同助烧剂对Fe2O3Nb2O5TiO2介电性能的比较 30
结 论 33
致 谢 34
参 考 文 献 35
第一章 绪论
1.1 引言
在科学技术日新月异的今天，信息技术高速发展，无数电子产品已经成为人们日常生活中不可或缺的一部分，与此同时，由于人们对更小型化、更便携化、更数字化、多功能和高可靠性能的需要，低温共烧陶瓷技术（简称LTCC）在众多集成技术中以它独特的优势脱颖而出，在航天、军事、通信、计算机、医疗等领域处处运用，俨然已经占据了无源集成技术的先行者地位。
一般认为，频率在300MHz3000GHz的电磁波被称之为微波，波长范围大约在1m0.1m之间。常见的微波频段的划分如表11所示[1]。
表11 微波频段的划分
波段
频率范围
波长范围
分米波（UFH，超高频）
3003000MHz
10010cm
厘米波（SHF，超高频）
330GHz
101cm
毫米波（EHF，超高频）
30300GHz
101mm
从表中可以看出微波有着频带宽、频率高、信息量大的特点，再加上它的波长短、方向性强，所以被广泛的运用在通信技术方面，使其在通信领域的前景越来越好，通过低温共烧陶瓷技术，微波介质陶瓷材料在集成化和模块化方面有了新的途径，促进通讯类电子产品飞速向着小、轻、薄的方向发展，推动着新一代通信技术的前进。
随着通讯产业的发达，除了通讯技术本身以及电路设计之外，制作它们的元件所采用的材料也是决定其性能好坏的关键性因素。因为一般认为低损失、高介电常数以及共振频率温度系数分别于元件的频率选择、尺寸以及温度的稳定性相关，所以如何去制备出具有高介电性能的材料便成为重中之重。
除此之外，在对介质材料的研究中，由于介电常数的增大，有一部分数值超过1000的材料也渐渐出现在人们的视野之中，它们的名字叫做巨介电陶瓷材料，在电路设计中主要被当做电容器来使用，比如动态随机存储器，作为计算机内存，它已经得到了广泛的应用，但是随着集成度的增高与单个存储单元存储的电荷没有发生变化，需要寻求更好的设计或是介电常数更高的材料来弥补，CCTO系列陶瓷便属于此类，本实验也将寻求新的材料、新的性能来发现和创新。
1.2 微波介质陶瓷材料
1.2.1 微波介质陶瓷的发展和应用
1939年，美国斯坦福大学的Richtmeyer[2]首次提出了“介电谐振器”，为发展介质陶瓷提供了依据，他经过实验得出了微博谐振器尺寸和介质材料的介电常数成正比的结论，为发展微波器件的更小型化和集成化奠定了基础。但在当时的条件下，由于找不到合适的介质材料，这一发现并没有得到太大的关注，暂时埋没在了科学的长河中，直到二十世纪六十年代，Okaya[3]等人在前辈的理论基础上，成功探索并利用TiO2单晶制造出了小型的微波介质谐振器。虽然由于其谐振频率温度系数（）太大不能满足实际应用的需要，但这足以成为微波介质陶瓷探索之路上的一块具有重要意义的里程碑，在此之后，世界上其他的科学研究者们逐渐的将目光汇聚于此，关注度不断提高，探索的脚步不断加快。在此期间，1968年，Cohen[4]以及他的团队制造除了微波滤波器，但是也几乎因为同样的原因而无法实用化，不过他们的研究却再一次证明了Richtmyer提出的理论是正确的，为后来者们指出了大致的探索方向，即要研究出温度系数更小的微波介质材料。
在寻找实用地微波介质陶瓷的路途上，坎坷无数，困难重重，但是无数研究学者们并没有放弃，终于，美国在二十世纪七十年代经过反复的实验之后发现了一种近零的谐振频率温度系数的微波介质陶瓷可以满足其要求，那就是Ba2Ti9O20陶瓷[5]，它的出现打开了通向介质谐振器研究开发使用领域的大门。接下来，在1971年日本NHK Kanishi报道出通过添加相反的温度系数化合物调节便能够得到近零的谐振频率温度[6]，与此同时，美国贝尔实验室在1975年更加深入的研究和调节了BaOTiO2,体系[6,7]。在此基础上，世界上的其他国家和地区也纷纷加大对此研究的关注，德国、法国相继开展更为深入、更为广泛的研究，在这其中，日本村田的开发的（Zr，Sn）TiO4微波介质材料由于具有高Q值和小频率温度系数，使得微波介质陶瓷的研究进入到了高速发展的实用阶段[8,9]。如今，在微波介质陶瓷材料的研究和电子元器件的研发领域之中，欧美发达国家以及日本处在世界前列，而我国则由于起步较晚、生产工艺水平低、设备仪器落后和科技水平有限等因素，还处在相对落后的境地，与他们还有一定的差距，难以满足国内日益增长的发展需求。不过我国为了力争上游，追赶世界先进水平，政府在政策以及研究资金上给予了极大的支持，无论是“八五”还是“九五”或者国家863计划，都将微波器件的研究加以推送。至今，我国已经在这一方面取得了显著的研究成果[1015]。伴随着世界各方对此关注度和支持力的提升，越来越多的研究成果都获得了实际应用，使得微波介质陶瓷的研究进入了一个新的时代[16,17]。
目录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 微波介质陶瓷材料 2
1.2.1 微波介质陶瓷的发展和应用 2
1.2.2 微波介质陶瓷的分类 4
1.2.3 微波介质陶瓷的性能 8
1.3 电介质材料 8
1.3.1 电介质材料的发展和应用 8
1.3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
.2 电介质的介电损耗 9
1.4 低温共烧陶瓷技术 9
1.5 课题的提出与研究 11
1.5.1 研究现状 11
1.5.2 研究目的和内容 11
第二章 实验方法 12
2.1 实验原料 12
2.2 主要实验仪器 12
2.3 实验工艺 13
2.4 性能测试 15
2.4.1 物理性能测试 15
2.4.2 介电性能测试 15
第三章 结果与讨论 17
3.1 烧结温度对Fe2O3Nb2O5TiO2介电性能的影响 18
3.2 助烧剂ZnO对Fe2O3Nb2O5TiO2性能的影响 27
3.3 不同助烧剂对Fe2O3Nb2O5TiO2介电性能的比较 30
结 论 33
致 谢 34
参 考 文 献 35
第一章 绪论
1.1 引言
在科学技术日新月异的今天，信息技术高速发展，无数电子产品已经成为人们日常生活中不可或缺的一部分，与此同时，由于人们对更小型化、更便携化、更数字化、多功能和高可靠性能的需要，低温共烧陶瓷技术（简称LTCC）在众多集成技术中以它独特的优势脱颖而出，在航天、军事、通信、计算机、医疗等领域处处运用，俨然已经占据了无源集成技术的先行者地位。
一般认为，频率在300MHz3000GHz的电磁波被称之为微波，波长范围大约在1m0.1m之间。常见的微波频段的划分如表11所示[1]。
表11 微波频段的划分
波段
频率范围
波长范围
分米波（UFH，超高频）
3003000MHz
10010cm
厘米波（SHF，超高频）
330GHz
101cm
毫米波（EHF，超高频）
30300GHz
101mm
从表中可以看出微波有着频带宽、频率高、信息量大的特点，再加上它的波长短、方向性强，所以被广泛的运用在通信技术方面，使其在通信领域的前景越来越好，通过低温共烧陶瓷技术，微波介质陶瓷材料在集成化和模块化方面有了新的途径，促进通讯类电子产品飞速向着小、轻、薄的方向发展，推动着新一代通信技术的前进。
随着通讯产业的发达，除了通讯技术本身以及电路设计之外，制作它们的元件所采用的材料也是决定其性能好坏的关键性因素。因为一般认为低损失、高介电常数以及共振频率温度系数分别于元件的频率选择、尺寸以及温度的稳定性相关，所以如何去制备出具有高介电性能的材料便成为重中之重。
除此之外，在对介质材料的研究中，由于介电常数的增大，有一部分数值超过1000的材料也渐渐出现在人们的视野之中，它们的名字叫做巨介电陶瓷材料，在电路设计中主要被当做电容器来使用，比如动态随机存储器，作为计算机内存，它已经得到了广泛的应用，但是随着集成度的增高与单个存储单元存储的电荷没有发生变化，需要寻求更好的设计或是介电常数更高的材料来弥补，CCTO系列陶瓷便属于此类，本实验也将寻求新的材料、新的性能来发现和创新。
1.2 微波介质陶瓷材料
1.2.1 微波介质陶瓷的发展和应用
1939年，美国斯坦福大学的Richtmeyer[2]首次提出了“介电谐振器”，为发展介质陶瓷提供了依据，他经过实验得出了微博谐振器尺寸和介质材料的介电常数成正比的结论，为发展微波器件的更小型化和集成化奠定了基础。但在当时的条件下，由于找不到合适的介质材料，这一发现并没有得到太大的关注，暂时埋没在了科学的长河中，直到二十世纪六十年代，Okaya[3]等人在前辈的理论基础上，成功探索并利用TiO2单晶制造出了小型的微波介质谐振器。虽然由于其谐振频率温度系数（）太大不能满足实际应用的需要，但这足以成为微波介质陶瓷探索之路上的一块具有重要意义的里程碑，在此之后，世界上其他的科学研究者们逐渐的将目光汇聚于此，关注度不断提高，探索的脚步不断加快。在此期间，1968年，Cohen[4]以及他的团队制造除了微波滤波器，但是也几乎因为同样的原因而无法实用化，不过他们的研究却再一次证明了Richtmyer提出的理论是正确的，为后来者们指出了大致的探索方向，即要研究出温度系数更小的微波介质材料。
在寻找实用地微波介质陶瓷的路途上，坎坷无数，困难重重，但是无数研究学者们并没有放弃，终于，美国在二十世纪七十年代经过反复的实验之后发现了一种近零的谐振频率温度系数的微波介质陶瓷可以满足其要求，那就是Ba2Ti9O20陶瓷[5]，它的出现打开了通向介质谐振器研究开发使用领域的大门。接下来，在1971年日本NHK Kanishi报道出通过添加相反的温度系数化合物调节便能够得到近零的谐振频率温度[6]，与此同时，美国贝尔实验室在1975年更加深入的研究和调节了BaOTiO2,体系[6,7]。在此基础上，世界上的其他国家和地区也纷纷加大对此研究的关注，德国、法国相继开展更为深入、更为广泛的研究，在这其中，日本村田的开发的（Zr，Sn）TiO4微波介质材料由于具有高Q值和小频率温度系数，使得微波介质陶瓷的研究进入到了高速发展的实用阶段[8,9]。如今，在微波介质陶瓷材料的研究和电子元器件的研发领域之中，欧美发达国家以及日本处在世界前列，而我国则由于起步较晚、生产工艺水平低、设备仪器落后和科技水平有限等因素，还处在相对落后的境地，与他们还有一定的差距，难以满足国内日益增长的发展需求。不过我国为了力争上游，追赶世界先进水平，政府在政策以及研究资金上给予了极大的支持，无论是“八五”还是“九五”或者国家863计划，都将微波器件的研究加以推送。至今，我国已经在这一方面取得了显著的研究成果[1015]。伴随着世界各方对此关注度和支持力的提升，越来越多的研究成果都获得了实际应用，使得微波介质陶瓷的研究进入了一个新的时代[16,17]。
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