co2o3nb2o5tio2微波介质陶瓷的制备及性能研究(附件)【字数：13435】
摘 要摘 要本论文主要介绍了使用传统固相法来制备CoTiNb2O8微波介质陶瓷，采用Co2O3（99.9%）、Nb2O5（99.9%）、TiO2（99.9%）作为化工原料，按照0.05:0.10:0.50的摩尔比进行配料，在1000℃的空气中煅烧获得CoTiNb2O8。研究了CoTiNb2O8在不同烧结温度下微波介质陶瓷的介电性能的变化；并在筛选的粉末中添加1.0wt%、2.0wt%、3.0wt%、4.0wt%的B2O3在1050℃~1150℃的范围内进行烧结，以此来研究不同含量烧结助剂对烧结温度及其介电性能的影响。实验结果表明烧结助剂具有降低烧结温度的作用，并在一定温度下，添加不同量的烧结助剂会对其微波介电性能产生不同的影响当添加含量相同烧结助剂时，CoTiNb2O8的介电性能会随烧结温度的改变随之变化；当烧结温度较低时，CoTiNb2O8陶瓷样品烧结不完全，陶瓷样品的介电性能会处于较低水准；随着烧结温度适度升高，陶瓷样品烧结逐渐完全，介电性能会随烧结温度升高而变大直至最大值。根据实验数据当烧结温度达到1125℃时，样品介电性能最为优异，当烧结温度超过1125℃后，其介电性能则会随着烧结温度的升高反而降低。实验结果还表明添加适量的B2O3烧结助剂可以降低CoTiNb2O8 样品烧结温度，样品也具有比较高介电性能。在烧结温度一定时，当烧结助剂B2O3含量低于1wt%时，样品的介电常数会随着烧结助剂B2O3含量的增多而增大；但是当烧结助剂B2O3含量超过1wt%后，样品介电性能会随着含量的增高而降低。因此实验结论可以概括为当烧结温度为1125℃且烧结助剂B2O3含量为1.0wt.%时，材料的介电性能最为优异，此样品介电常数εr=68.85，介电损耗tanδ=0.0146。关键词烧结助剂；烧结温度；介电性能；低温共烧陶瓷（LTCC）；微波介质陶瓷；CoTiNb2O8；
目录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 微波介质陶瓷的发展历程 1
1.3 微波介质陶瓷的应用和发展前景以及存在的问题 2
1.3.1 LTCC简述 2
1.3.2 微波介质陶瓷的应用现状 3
1.3.3 微波介质陶瓷的发展前景和存在的问题 4
1.4 课题的提 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
出与研究内容 4
1.4.1 研究现状 4
1.4.2 研究目的和内容 5
第二章 实验方法 6
2.1 主要实验仪器 6
2.2实验原料 6
2.3 实验工艺 7
2.4 性能测试 9
2.4.1 物理性能测试 9
2.4.2 介电性能测试 10
第三章 结果与讨论 11
3.1 烧结温度对CoTiNb2O8介电性能性能的影响 12
3.2 添加剂B2O3对CoTiNb2O8介电性能的影响 21
结论 26
致谢 27
参考文献 28
第一章 绪论
1.1 引言
从21世纪以来，随着移动通讯事业的高速蓬勃发展，移动通信终端射频元器件的小型化成了近年来研究的主流方向。最初的时候小型的射频元器件是采用的是高阶电常数的微波介质陶瓷的材料，但是发现材料小型化的研究具有很大的局限性，微波介质陶瓷材料是一种可以提供高度集成和高性能电子封装的玻璃陶瓷复合材料，此特性有利于器件的小型化。近年来，微波得到了高效的利用[1]，不仅在移动通讯领域有了较大的发展，还涵盖了航空电子，雷达设备等众多领域。我们通常认为处于超短波和红外波之间，波的频率位于300MHz300GHz之间，波长位于lm0.lmm范围内的电磁波我们称之为微波[1]。微波有穿透、反射、吸收三个基本特性[2]，例如微波能穿越玻璃、塑料和陶瓷而不被其吸收，微波遇到金属则发生反射，遇到水和食物会被吸收微波并让其发热，这也是日常所使用微波炉的原理。微波介质材料适用于各种微波频段电路，它的性能较为优异，是一种实现多种功能的功能性陶瓷，这种功能性陶瓷不仅拥有高介电常数、低损耗的优良性能，还具有高强度、高耐磨性的优良特性。微波介质陶瓷作为微波通信技术的核心，我们不仅要不断研发新的微波介质材料，同时也好更加深入研究改善其各种良好性能。
微波介质陶瓷适用于制造谐振器、滤波器、介质基片、介质导波回路、多层电容器等微波元器件的重要材料[3]，鉴于其优良的性能，已经被广泛地应用于通讯、航空雷达导航等领域。而微波介质陶瓷具有高介电常数、低损耗的优良特性，使用微波介质陶瓷作为材料有效地减少了的电子器件体积，因而提高其工作稳定性[45]。
现阶段大多数的微波介质陶瓷的烧结温度大都在1300℃以上[6]，烧结温度的降低不仅能减少能量的损耗，还能提高组装密度和传输速度。因此，寻找能够与不同金属共烧的低温共烧陶瓷是本课题的研究方向[711]。
1.2 微波介质陶瓷的发展历程
在1939年之前，人们普遍地认为只有金属材料才能作为谐振器的电介质材料直到R.D.Richtmyer[12]从理论上证明非金属材料同样也可以，但是没能找到合适的材料。在1960年，Okaya[1314]用二氧化钛单晶造出了世界上第一个小型化的微波介质谐振器。然而由于其温度频率系数过大不能满足实际需要。随后研究出的金红石结构的二氧化钛单晶做的微波介质谐振器也由于同样的问题没有应用到实际中去。但是这却指明了随后的研究方向，也就是寻找低频率温度系数微波介质陶瓷。
于是在七十年代初，Raytheon公司[15]成功地研制出低频率温度系数，损耗低的BaOTiO2体系的微波介质陶瓷，后来的研究者根据改姓的方法进一步地提高了该陶瓷的性能，从而满足了实际使用要求。
从20世纪八十年代初期到20世纪末期的近二十年，人们一直在致力于研究不仅拥有高介电常数而且同时拥有极低的频率温度系数的微波介质材料，但是几乎没有真正成功的材料被研究出来。虽然如此，人们并没有停止探索的步伐，功夫不负有心人人们对具有高介电常数的BaOLn2O3TiO2体系的研究却取得了进一步的发展，成果显著。研究还发现微波介电陶瓷的介电系数不是越高越好，高介电常数虽然有利于介质谐振器的小型化，但是高介电常数会增加传输信道之间的干扰，增大噪声，促使信号失真。近几年多层式微波器件的设计思想出现了，这也达到了减小器件尺寸的目的。
后来的研究发现BaOLn2O3TiO2体系的微波陶瓷虽然具有介电常数高和品质因数高的优异微波特性，但是它们的烧结温度均在1300℃以上无法满足设计要求。
因此探索出高介电常数、低损耗、近零的频率温度系数的微波介质（LTCC）陶瓷成了目前的研究任务。LTCC的烧结温度一般在1000℃左右，有的材料会在900℃以下，对于这方面的研究日本和西方欧美国家比较多，近些年来国内也出现相关的研究也取得了比较突出的成果[[16]。
在介质材料中掺杂一定含量的烧结助剂会有降低烧结温度的效果，但是过量的烧结助剂会降低微波介质材料的微波性能。所以研究出新材料和新的工艺是当代研究工作者的首要任务，也是以后为电子通信、航空航天、雷达定位等众多领域的发展奠定坚实的基础[17]。
1.3 微波介质陶瓷的应用和发展前景以及存在的问题
目录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 微波介质陶瓷的发展历程 1
1.3 微波介质陶瓷的应用和发展前景以及存在的问题 2
1.3.1 LTCC简述 2
1.3.2 微波介质陶瓷的应用现状 3
1.3.3 微波介质陶瓷的发展前景和存在的问题 4
1.4 课题的提 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
出与研究内容 4
1.4.1 研究现状 4
1.4.2 研究目的和内容 5
第二章 实验方法 6
2.1 主要实验仪器 6
2.2实验原料 6
2.3 实验工艺 7
2.4 性能测试 9
2.4.1 物理性能测试 9
2.4.2 介电性能测试 10
第三章 结果与讨论 11
3.1 烧结温度对CoTiNb2O8介电性能性能的影响 12
3.2 添加剂B2O3对CoTiNb2O8介电性能的影响 21
结论 26
致谢 27
参考文献 28
第一章 绪论
1.1 引言
从21世纪以来，随着移动通讯事业的高速蓬勃发展，移动通信终端射频元器件的小型化成了近年来研究的主流方向。最初的时候小型的射频元器件是采用的是高阶电常数的微波介质陶瓷的材料，但是发现材料小型化的研究具有很大的局限性，微波介质陶瓷材料是一种可以提供高度集成和高性能电子封装的玻璃陶瓷复合材料，此特性有利于器件的小型化。近年来，微波得到了高效的利用[1]，不仅在移动通讯领域有了较大的发展，还涵盖了航空电子，雷达设备等众多领域。我们通常认为处于超短波和红外波之间，波的频率位于300MHz300GHz之间，波长位于lm0.lmm范围内的电磁波我们称之为微波[1]。微波有穿透、反射、吸收三个基本特性[2]，例如微波能穿越玻璃、塑料和陶瓷而不被其吸收，微波遇到金属则发生反射，遇到水和食物会被吸收微波并让其发热，这也是日常所使用微波炉的原理。微波介质材料适用于各种微波频段电路，它的性能较为优异，是一种实现多种功能的功能性陶瓷，这种功能性陶瓷不仅拥有高介电常数、低损耗的优良性能，还具有高强度、高耐磨性的优良特性。微波介质陶瓷作为微波通信技术的核心，我们不仅要不断研发新的微波介质材料，同时也好更加深入研究改善其各种良好性能。
微波介质陶瓷适用于制造谐振器、滤波器、介质基片、介质导波回路、多层电容器等微波元器件的重要材料[3]，鉴于其优良的性能，已经被广泛地应用于通讯、航空雷达导航等领域。而微波介质陶瓷具有高介电常数、低损耗的优良特性，使用微波介质陶瓷作为材料有效地减少了的电子器件体积，因而提高其工作稳定性[45]。
现阶段大多数的微波介质陶瓷的烧结温度大都在1300℃以上[6]，烧结温度的降低不仅能减少能量的损耗，还能提高组装密度和传输速度。因此，寻找能够与不同金属共烧的低温共烧陶瓷是本课题的研究方向[711]。
1.2 微波介质陶瓷的发展历程
在1939年之前，人们普遍地认为只有金属材料才能作为谐振器的电介质材料直到R.D.Richtmyer[12]从理论上证明非金属材料同样也可以，但是没能找到合适的材料。在1960年，Okaya[1314]用二氧化钛单晶造出了世界上第一个小型化的微波介质谐振器。然而由于其温度频率系数过大不能满足实际需要。随后研究出的金红石结构的二氧化钛单晶做的微波介质谐振器也由于同样的问题没有应用到实际中去。但是这却指明了随后的研究方向，也就是寻找低频率温度系数微波介质陶瓷。
于是在七十年代初，Raytheon公司[15]成功地研制出低频率温度系数，损耗低的BaOTiO2体系的微波介质陶瓷，后来的研究者根据改姓的方法进一步地提高了该陶瓷的性能，从而满足了实际使用要求。
从20世纪八十年代初期到20世纪末期的近二十年，人们一直在致力于研究不仅拥有高介电常数而且同时拥有极低的频率温度系数的微波介质材料，但是几乎没有真正成功的材料被研究出来。虽然如此，人们并没有停止探索的步伐，功夫不负有心人人们对具有高介电常数的BaOLn2O3TiO2体系的研究却取得了进一步的发展，成果显著。研究还发现微波介电陶瓷的介电系数不是越高越好，高介电常数虽然有利于介质谐振器的小型化，但是高介电常数会增加传输信道之间的干扰，增大噪声，促使信号失真。近几年多层式微波器件的设计思想出现了，这也达到了减小器件尺寸的目的。
后来的研究发现BaOLn2O3TiO2体系的微波陶瓷虽然具有介电常数高和品质因数高的优异微波特性，但是它们的烧结温度均在1300℃以上无法满足设计要求。
因此探索出高介电常数、低损耗、近零的频率温度系数的微波介质（LTCC）陶瓷成了目前的研究任务。LTCC的烧结温度一般在1000℃左右，有的材料会在900℃以下，对于这方面的研究日本和西方欧美国家比较多，近些年来国内也出现相关的研究也取得了比较突出的成果[[16]。
在介质材料中掺杂一定含量的烧结助剂会有降低烧结温度的效果，但是过量的烧结助剂会降低微波介质材料的微波性能。所以研究出新材料和新的工艺是当代研究工作者的首要任务，也是以后为电子通信、航空航天、雷达定位等众多领域的发展奠定坚实的基础[17]。
1.3 微波介质陶瓷的应用和发展前景以及存在的问题
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/dzxx/dzkxyjs/995.html
