添加剂对cuonb2o5tio2微波介质陶瓷性能的影响(附件)【字数：11438】
铜铌钛（Ti2.31Cu0.23Nb0.46O6）微波介质陶瓷，是一种新型微波介质陶瓷。本文主要通过固相法路线合成，进行不同浓度的ZnO掺杂，并且在925℃-1025℃下烧结五小时下得到对应的样本，对其物理性能和微波介电性能进行研究。这种方法获得的陶瓷样本的微波介电性能主要与样本掺杂后的稠化程度和烧结状况有关。特别地，在975℃温度环境下烧结得到的4%陶瓷样品具有4.33g/mm3的密度。并且，975℃下烧结得到的陶瓷表现出最佳的微波介电性能，并且在添加了4%ZnO是得到了89.98的最高的介电常数。微波介质主要性能参数有介电常数、品质因数、谐振频率温度系数。本文主要对微波介质陶瓷的物理性能参数和介电常数进行了研究讨论。关键词低温共烧陶瓷、微波介质陶瓷、微波介电性能
目录
第一章 绪论 1
1.1引言 1
1.2微波介质陶瓷发展历史 3
1.3微波介质陶瓷的主要体系 3
第二章 实验方法 8
2.1实验目的 8
2.2微波介质陶瓷的合成方法 8
2.3实验仪器 9
2.4原料选取 9
2.5实验流程 10
2.6数据测量 12
2.5.1物理性能测量 12
2.5.2介电性能测量 12
第三章 结果与讨论 13
3.1 Ti2.31Cu0.23Nb0.46O6陶瓷测得的各项性能参数 13
3.2烧结温度对Ti2.31Cu0.23Nb0.46O6陶瓷物理性能的影响 16
3.3烧结温度对Ti2.31Cu0.23Nb0.46O6陶瓷介质损耗的影响 19
3.4烧结温度对Ti2.31Cu0.23Nb0.46O6陶瓷介电性能的影响 20
3.5添加剂浓度对Ti2.31Cu0.23Nb0.46O6陶瓷介电性能的影响 22
结 论 23
致 谢 24
参考文献 25
第一章 绪论
1.1引言
近二十几年来，现代移动通讯技术日新月异，作为这一技术的关键，新型功能陶瓷材料——微波介质陶瓷（mwdc）已经迅速发展起来。微波介质陶 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
瓷是一种应用于微波频段（300MHz3000GHz）作为电路中介质材料完成多种功能的功能陶瓷材料。微波介质陶瓷的应用领域十分广泛，既可以用来制造微波电路中的绝缘基片，也可以制造微波介质滤波器或介质谐振器等多种元器件。
早在20世纪30年代末，R.D.Richtmyer等研究人员就曾尝试将电介质材料应用于微波技术中，并且从理论上证明了电介质材料在微波电路中用作介质谐振器的可能性。但此后对于电介质材料的研究由于缺少市场推动力，一直沉寂到最近二十年间，源自微波移动通信的发展需求，电介质材料才得到广泛应用。随着现代通讯技术的飞速发展，尤其是向着高可靠性和小型化发展的移动通讯系统，对介质材料提出了更高的性能要求，微波介质陶瓷已跃然成为业内功能陶瓷领域的研究热点。移动通信的最终目的是能够不论身处何时何地，都能随心所欲的和世界上任何一个人联系。为了达成这个最终目的，如今的通讯系统不仅向着高性能、高可靠、便携化、微型化发展，而且为了扩大用户容量已经将载波频率提高到微波频段。微波介质陶瓷正是在这种背景下发展起来的满足性能要求的电介质材料，作为电介质材料不仅满足低介电损耗，高介电常数，近零的频率温度系数等要求，而且与金属材料相比，陶瓷材料还具有体积小、质量轻、价格便宜、温度稳定性好的优势。
微波介质陶瓷所应用的微波频率范围是300Mhz~3000GHz，介于超短波波段和红外波波段之间。微波频率在真空中的波长范围为1m~0.1mm，可以分为分米波、厘米波、毫米波、亚毫米波四个波段。众所周知，微波的波长短，方向性极强，非常适合用于制造探测追踪目标的雷达等高端设备，同时微波的频率高，信息容量大，微波范围内所包含的可传送信息的波段是00MHz以下长中短波范围内所包含的信息量的1000倍，可见微波通信足以满足现代化大信息量通讯系统的要求。此外，微波能够穿透高空电离层的特性决定了其能够很好的适用于卫星通讯。如果说微波在过去主要用于雷达侦测和卫星通讯等特殊领域，如今微波在工业制造及民用产品中同样也得到了非常广泛的应用。
从正在研发中和已经实用化的材料体系来看，虽然中端材料（4~8G）工艺技术已经相当成熟，但高端（8G以上）材料和低端（4G以下）材料却仍然处于发展过程中。很显然，低端材料多用于民用移动通信用途，而高端材料则主要用于卫星雷达等重要通信系统。随着移动通讯系统向高频方向发展，具有高Q值的材料将会是未来微波介质陶瓷行业中炙手可热的材料。除了进一步提高性能以实现轻型化和小型化以外，采用独石型结构是一条重要途径。由于用作电极的银和铜的熔点较低分别为961℃和1064℃，为了保证层间电极能与介质陶瓷共同烧结，要求微波介质陶瓷能够在银电极或铜电极熔点以下（900℃）甚至更低的温度下烧结。LTCC设备中应用的微波介质材料需要在961~1050℃以下和银或铜电极共烧。大多数商用化微波介质陶瓷材料例如MgTiO3和Ba（Mg1/3Ta2/）O3的烧结温度通常高于1200℃。因此，通常采用添加低熔点玻璃或者氧化物的方法来降低介质陶瓷的烧结温度以满足低温烧结的要求。在未来微型化系统发展背景的推动下，急需研制出一种具有良好性能的微波介质陶瓷新材料系统，Grandin等在1983年率先研究了金红石结构的Ti1 ? xCuxNb2x/3O2 (0 ≤ x ≤ 0.9)化合物的结晶形态数据，并且发现该化合物是导电性随Cu含量增加而提高的N型半导体。ReevesMiLaren等解释了Ti1 ? 3xCuxNb2xO2金红石固溶体中的相组成关系并发现该材料电容率为63，与温度无关。已经有许多研究证明铜铌钛系陶瓷完全可以用多种氧化物通过固相法合成。但是，尽管至今已有大量对于这类固溶物晶体关系方面的研究，确鲜有关于CuNbTi陶瓷微波介电性能方面的研究。Tseng和Liao等发现金红石结构的A0.5Ti0.5NbO4 (A = Ni，Co) (Ni0.5Ti0.5NbO4和Co0.5Ti0.5NbO4 的缩写是NTN和CTN，具有优良的微波介电性能，但是却有烧结温度相对铜银电极熔点过高（1100℃）的弊端。由于Cu2+ 的离子半径（0.745A）与Ni2+（0.69A）和Zn2+（0.74A）相近。因而通常使用Cu2+这类离子半径相近的元素离子进行A位离子置换，并且能够有效降低烧结温度。在A0.5Ti0.5NbO4 (A = Ni，Co)陶瓷中A引进Cu2+置换能明显降低烧结温度。
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第一章 绪论 1
1.1引言 1
1.2微波介质陶瓷发展历史 3
1.3微波介质陶瓷的主要体系 3
第二章 实验方法 8
2.1实验目的 8
2.2微波介质陶瓷的合成方法 8
2.3实验仪器 9
2.4原料选取 9
2.5实验流程 10
2.6数据测量 12
2.5.1物理性能测量 12
2.5.2介电性能测量 12
第三章 结果与讨论 13
3.1 Ti2.31Cu0.23Nb0.46O6陶瓷测得的各项性能参数 13
3.2烧结温度对Ti2.31Cu0.23Nb0.46O6陶瓷物理性能的影响 16
3.3烧结温度对Ti2.31Cu0.23Nb0.46O6陶瓷介质损耗的影响 19
3.4烧结温度对Ti2.31Cu0.23Nb0.46O6陶瓷介电性能的影响 20
3.5添加剂浓度对Ti2.31Cu0.23Nb0.46O6陶瓷介电性能的影响 22
结 论 23
致 谢 24
参考文献 25
第一章 绪论
1.1引言
近二十几年来，现代移动通讯技术日新月异，作为这一技术的关键，新型功能陶瓷材料——微波介质陶瓷（mwdc）已经迅速发展起来。微波介质陶 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
瓷是一种应用于微波频段（300MHz3000GHz）作为电路中介质材料完成多种功能的功能陶瓷材料。微波介质陶瓷的应用领域十分广泛，既可以用来制造微波电路中的绝缘基片，也可以制造微波介质滤波器或介质谐振器等多种元器件。
早在20世纪30年代末，R.D.Richtmyer等研究人员就曾尝试将电介质材料应用于微波技术中，并且从理论上证明了电介质材料在微波电路中用作介质谐振器的可能性。但此后对于电介质材料的研究由于缺少市场推动力，一直沉寂到最近二十年间，源自微波移动通信的发展需求，电介质材料才得到广泛应用。随着现代通讯技术的飞速发展，尤其是向着高可靠性和小型化发展的移动通讯系统，对介质材料提出了更高的性能要求，微波介质陶瓷已跃然成为业内功能陶瓷领域的研究热点。移动通信的最终目的是能够不论身处何时何地，都能随心所欲的和世界上任何一个人联系。为了达成这个最终目的，如今的通讯系统不仅向着高性能、高可靠、便携化、微型化发展，而且为了扩大用户容量已经将载波频率提高到微波频段。微波介质陶瓷正是在这种背景下发展起来的满足性能要求的电介质材料，作为电介质材料不仅满足低介电损耗，高介电常数，近零的频率温度系数等要求，而且与金属材料相比，陶瓷材料还具有体积小、质量轻、价格便宜、温度稳定性好的优势。
微波介质陶瓷所应用的微波频率范围是300Mhz~3000GHz，介于超短波波段和红外波波段之间。微波频率在真空中的波长范围为1m~0.1mm，可以分为分米波、厘米波、毫米波、亚毫米波四个波段。众所周知，微波的波长短，方向性极强，非常适合用于制造探测追踪目标的雷达等高端设备，同时微波的频率高，信息容量大，微波范围内所包含的可传送信息的波段是00MHz以下长中短波范围内所包含的信息量的1000倍，可见微波通信足以满足现代化大信息量通讯系统的要求。此外，微波能够穿透高空电离层的特性决定了其能够很好的适用于卫星通讯。如果说微波在过去主要用于雷达侦测和卫星通讯等特殊领域，如今微波在工业制造及民用产品中同样也得到了非常广泛的应用。
从正在研发中和已经实用化的材料体系来看，虽然中端材料（4~8G）工艺技术已经相当成熟，但高端（8G以上）材料和低端（4G以下）材料却仍然处于发展过程中。很显然，低端材料多用于民用移动通信用途，而高端材料则主要用于卫星雷达等重要通信系统。随着移动通讯系统向高频方向发展，具有高Q值的材料将会是未来微波介质陶瓷行业中炙手可热的材料。除了进一步提高性能以实现轻型化和小型化以外，采用独石型结构是一条重要途径。由于用作电极的银和铜的熔点较低分别为961℃和1064℃，为了保证层间电极能与介质陶瓷共同烧结，要求微波介质陶瓷能够在银电极或铜电极熔点以下（900℃）甚至更低的温度下烧结。LTCC设备中应用的微波介质材料需要在961~1050℃以下和银或铜电极共烧。大多数商用化微波介质陶瓷材料例如MgTiO3和Ba（Mg1/3Ta2/）O3的烧结温度通常高于1200℃。因此，通常采用添加低熔点玻璃或者氧化物的方法来降低介质陶瓷的烧结温度以满足低温烧结的要求。在未来微型化系统发展背景的推动下，急需研制出一种具有良好性能的微波介质陶瓷新材料系统，Grandin等在1983年率先研究了金红石结构的Ti1 ? xCuxNb2x/3O2 (0 ≤ x ≤ 0.9)化合物的结晶形态数据，并且发现该化合物是导电性随Cu含量增加而提高的N型半导体。ReevesMiLaren等解释了Ti1 ? 3xCuxNb2xO2金红石固溶体中的相组成关系并发现该材料电容率为63，与温度无关。已经有许多研究证明铜铌钛系陶瓷完全可以用多种氧化物通过固相法合成。但是，尽管至今已有大量对于这类固溶物晶体关系方面的研究，确鲜有关于CuNbTi陶瓷微波介电性能方面的研究。Tseng和Liao等发现金红石结构的A0.5Ti0.5NbO4 (A = Ni，Co) (Ni0.5Ti0.5NbO4和Co0.5Ti0.5NbO4 的缩写是NTN和CTN，具有优良的微波介电性能，但是却有烧结温度相对铜银电极熔点过高（1100℃）的弊端。由于Cu2+ 的离子半径（0.745A）与Ni2+（0.69A）和Zn2+（0.74A）相近。因而通常使用Cu2+这类离子半径相近的元素离子进行A位离子置换，并且能够有效降低烧结温度。在A0.5Ti0.5NbO4 (A = Ni，Co)陶瓷中A引进Cu2+置换能明显降低烧结温度。
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