znonb2o5tio2微波介质陶瓷的性能研究(附件)【字数：10324】
摘 要摘 要随着低温共烧陶瓷（LTCC）技术的快速发展，微波介质陶瓷元器件集成化和小型化的需求正在被满足，为了达到其工艺及元器件的实用要求，微波介质陶瓷在向着低烧结温度、高品质因数以及低谐振频率温度系数等方向发展。本文对ZnO-Nb2O5-TiO2（ZNT）微波介质陶瓷的物理结构和介电性能进行了研究，采用传统固相法制备得到ZnNb2TiO8 微波介质陶瓷，添加不同添加量的B2O3，研究其对材料介电性能的影响，然后讨论不同烧结温度对其介电性能的影响。实验结果表明同种组分的样品在不同烧结温度下得到的介电性能不同，随着温度的升高，介电性能一般先增加后减小，但是随着温度的变化，总会存在一个最佳的烧结温度使得ZNT陶瓷充分烧结，使其内部各组织烧结均匀。对于添加B2O3粉体的样品，在烧结温度为1050 ℃、B2O3添加量为2.0 wt%时，ZNT陶瓷介电性能最为优异，其εr=32.0，tanδ=0.099。同时加入微量B2O3粉体能够降低ZNT陶瓷烧结温度，但是过量的B2O3会影响ZNT陶瓷的介电性能，降低其烧结度，而且随着B2O3添加量的增加，其对ZNT陶瓷的性能影响就越大。关键词微波介质陶瓷；ZnNb2TiO8；介电性能；烧结特性
目录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 微波介质陶瓷的发展及分类 1
1.2.1 微波介质陶瓷的发展 1
1.2.2 微波介质陶瓷的分类 2
1.3 微波介质陶瓷的性能要求 3
1.4 ZnNb2TiO8系陶瓷的研究现状 5
1.5 陶瓷粉末制备工艺 6
1.5.1 溶胶凝胶法 7
1.5 .2水热法 7
1.5 .3 微乳液法 7
1.5 .4熔盐法 7
1.5 .5共沉淀法 8
1.6 研究目的和内容 8
第二章 实验方法 9
2.1 实验设备 9
2.2 实验原料 9
2.3 实验流程 10
第三章 结果与讨论 12
3.1性能测试方法 12
3.1.1物理性能测试 12
3.1.2介电性能测试 13 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
3.2烧结温度对ZNT陶瓷介电性能的影响 13
3.3 添加剂B2O3的含量对ZNT陶瓷样品性能的影响 21
结 论 24
致 谢 25
参 考 文 献 26
第一章 绪论
1.1 引言
现代通讯技术的快速发展，移动通讯设备和便携式终端正在向集成化、小型化低损耗等方向发展[1]，这就对电路中电介质材料提出了更高的要求，同时，微波介质材料的发展也促进了现代通讯技术的发展[2]。微波介质陶瓷（MWDC）因其具有高介电常数、低介电损耗、温度系数小等多种优良性能被广泛应用于微波频段（300MHz~300GHz）电路中，并作为介质材料完成一种或多种功能。相比于传统的金属空腔谐振器，微波介质陶瓷具有小型、轻量、温度稳定性好、价格便宜等优势。它的高性能和体系多样化使其在微波电路中发挥着越来越重要的作用。
1.2 微波介质陶瓷的发展及分类
1.2.1 微波介质陶瓷的发展
早在上世纪三十年代末，Richtmyer[3]就证实了微波电路中使用电介质作为介质谐振器的可行性，但是由于当时的陶瓷电介质技术限制，很长时间内都没能发现可以满足微波电路要求的微波介质陶瓷材料，限制了微波介质陶瓷技术的发展。之后随着介质材料研究的进一步发展，哥伦比亚大学的Okaya等人发现TiO2晶体可以用作谐振器的介质材料，但该材料具有较大的谐振频率和温度系数，这也就限制了它的使用[4]。直到70年代初美国的Bryan等人率先研制出介电常数为38的BaTi4O9材料[5]，才使得微波介质陶瓷材料进入实用阶段。紧接着，不久之后美国Bell实验室经过改良，成功研制出热稳定性更好、损耗较低的Ba2Ti9O20陶瓷，使得微波介质陶瓷的实用性有了阶段性的突破。后来，日本的村田公司成功研制出(Zr,Sn)TiO4微波介质陶瓷，该介质材料的频率温度系数在10~+10 ppm/℃范围内是自由可调的，这类材料的研制成功是微波介质陶瓷领域中的一项重大进步[6]。之后以TiO2为起点，介质谐振器的实用化提上了进程，微波介质陶瓷进入了飞速发展阶段。ABO3复合钙钛矿、MgTiO3CaTiO3、BaOTiO2系BaOLn2O3TiO2系及低温烧结等陶瓷体系陆续被开发出来[7]。
另外，电子封装技术的发展也在一定程度上促进了无源器件的小型化。从1955的TO型圆形金属封装到1965年的双列直插式封装（DIP）再到1980年出现的表面贴装封装（SMT），还有1990年的球栅阵列封装（BGA）和芯片级封装(CSP)，都对无源元件小型化和集成化的发展方向有很大的促进作用[8]。
近年来低温共烧陶瓷(LTCC)技术的出现使得无源元件的集成有了进一步发展。LTCC技术是具有互连、无源元件及封装三种元素的多层陶瓷制造技术。LTCC技术是利用低温烧结陶瓷与Ag、Cu等金属类导体在900℃以下共烧，然后在陶瓷内部形成互连，形成模块化集成器或者三维陶瓷基多层功能电路。LTCC为无源电子元件的高密度集成提供了理想的平台。而且，根据原料选择的不同，LTCC材料的介电常数也是可以在很大范围内变动的，这就极大的增强了电路设计的多样性。但是，LTCC技术同时也是复杂的、多元的器件制造技术，在我们研究开发的过程中，必须考虑多种问题，如低烧介质材料的原料制备、陶瓷材料与导体材料的共烧行为以及结构缺陷对器件性能影响等。因此LTCC技术也是目前的一个研究热点。同时由于LTCC技术还面临着许多问题，其核心材料低温共烧陶瓷材料的研制也就成为一个重要的研发方向。
1.2.2 微波介质陶瓷的分类
在近半个世纪的发展中，微波介质陶瓷的研发日渐成熟起来，材料的分类方法也有许多，一般按其系统、介质特性和应用领域分类。目前普遍采用的是根据材料介电常数的大小或者其组成系统等两种方式分类。
按照介电常数的大小可以将微波介质陶瓷分为三类：低介微波介质陶瓷、中介微波介质陶瓷、高介微波介质陶瓷。下面对这三类陶瓷进行简单介绍。
( 1 ) 低介微波介质陶瓷
这类微波介质陶瓷的介电常数小于20。主要体系包括Al2O3系、Mg2SiO4系、Y2BaCuO5系Zn2SiO4系等[9]。它们主要用作微波器件的介质基板，以及电子器件的陶瓷封装和一些高端微波元器件中。这类陶瓷虽然介电常数相对较低，但其品质因数Q特别高，烧成温度较高，所以其材料制备有一定的困难[10]。而且实验处理过程中不恰当的行为会导致样品挥发，造成样品成分缺失和性能变化，影响实验结果。其烧结温度高保温时间长的特性更容易导致实验误差。
目录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 微波介质陶瓷的发展及分类 1
1.2.1 微波介质陶瓷的发展 1
1.2.2 微波介质陶瓷的分类 2
1.3 微波介质陶瓷的性能要求 3
1.4 ZnNb2TiO8系陶瓷的研究现状 5
1.5 陶瓷粉末制备工艺 6
1.5.1 溶胶凝胶法 7
1.5 .2水热法 7
1.5 .3 微乳液法 7
1.5 .4熔盐法 7
1.5 .5共沉淀法 8
1.6 研究目的和内容 8
第二章 实验方法 9
2.1 实验设备 9
2.2 实验原料 9
2.3 实验流程 10
第三章 结果与讨论 12
3.1性能测试方法 12
3.1.1物理性能测试 12
3.1.2介电性能测试 13 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
3.2烧结温度对ZNT陶瓷介电性能的影响 13
3.3 添加剂B2O3的含量对ZNT陶瓷样品性能的影响 21
结 论 24
致 谢 25
参 考 文 献 26
第一章 绪论
1.1 引言
现代通讯技术的快速发展，移动通讯设备和便携式终端正在向集成化、小型化低损耗等方向发展[1]，这就对电路中电介质材料提出了更高的要求，同时，微波介质材料的发展也促进了现代通讯技术的发展[2]。微波介质陶瓷（MWDC）因其具有高介电常数、低介电损耗、温度系数小等多种优良性能被广泛应用于微波频段（300MHz~300GHz）电路中，并作为介质材料完成一种或多种功能。相比于传统的金属空腔谐振器，微波介质陶瓷具有小型、轻量、温度稳定性好、价格便宜等优势。它的高性能和体系多样化使其在微波电路中发挥着越来越重要的作用。
1.2 微波介质陶瓷的发展及分类
1.2.1 微波介质陶瓷的发展
早在上世纪三十年代末，Richtmyer[3]就证实了微波电路中使用电介质作为介质谐振器的可行性，但是由于当时的陶瓷电介质技术限制，很长时间内都没能发现可以满足微波电路要求的微波介质陶瓷材料，限制了微波介质陶瓷技术的发展。之后随着介质材料研究的进一步发展，哥伦比亚大学的Okaya等人发现TiO2晶体可以用作谐振器的介质材料，但该材料具有较大的谐振频率和温度系数，这也就限制了它的使用[4]。直到70年代初美国的Bryan等人率先研制出介电常数为38的BaTi4O9材料[5]，才使得微波介质陶瓷材料进入实用阶段。紧接着，不久之后美国Bell实验室经过改良，成功研制出热稳定性更好、损耗较低的Ba2Ti9O20陶瓷，使得微波介质陶瓷的实用性有了阶段性的突破。后来，日本的村田公司成功研制出(Zr,Sn)TiO4微波介质陶瓷，该介质材料的频率温度系数在10~+10 ppm/℃范围内是自由可调的，这类材料的研制成功是微波介质陶瓷领域中的一项重大进步[6]。之后以TiO2为起点，介质谐振器的实用化提上了进程，微波介质陶瓷进入了飞速发展阶段。ABO3复合钙钛矿、MgTiO3CaTiO3、BaOTiO2系BaOLn2O3TiO2系及低温烧结等陶瓷体系陆续被开发出来[7]。
另外，电子封装技术的发展也在一定程度上促进了无源器件的小型化。从1955的TO型圆形金属封装到1965年的双列直插式封装（DIP）再到1980年出现的表面贴装封装（SMT），还有1990年的球栅阵列封装（BGA）和芯片级封装(CSP)，都对无源元件小型化和集成化的发展方向有很大的促进作用[8]。
近年来低温共烧陶瓷(LTCC)技术的出现使得无源元件的集成有了进一步发展。LTCC技术是具有互连、无源元件及封装三种元素的多层陶瓷制造技术。LTCC技术是利用低温烧结陶瓷与Ag、Cu等金属类导体在900℃以下共烧，然后在陶瓷内部形成互连，形成模块化集成器或者三维陶瓷基多层功能电路。LTCC为无源电子元件的高密度集成提供了理想的平台。而且，根据原料选择的不同，LTCC材料的介电常数也是可以在很大范围内变动的，这就极大的增强了电路设计的多样性。但是，LTCC技术同时也是复杂的、多元的器件制造技术，在我们研究开发的过程中，必须考虑多种问题，如低烧介质材料的原料制备、陶瓷材料与导体材料的共烧行为以及结构缺陷对器件性能影响等。因此LTCC技术也是目前的一个研究热点。同时由于LTCC技术还面临着许多问题，其核心材料低温共烧陶瓷材料的研制也就成为一个重要的研发方向。
1.2.2 微波介质陶瓷的分类
在近半个世纪的发展中，微波介质陶瓷的研发日渐成熟起来，材料的分类方法也有许多，一般按其系统、介质特性和应用领域分类。目前普遍采用的是根据材料介电常数的大小或者其组成系统等两种方式分类。
按照介电常数的大小可以将微波介质陶瓷分为三类：低介微波介质陶瓷、中介微波介质陶瓷、高介微波介质陶瓷。下面对这三类陶瓷进行简单介绍。
( 1 ) 低介微波介质陶瓷
这类微波介质陶瓷的介电常数小于20。主要体系包括Al2O3系、Mg2SiO4系、Y2BaCuO5系Zn2SiO4系等[9]。它们主要用作微波器件的介质基板，以及电子器件的陶瓷封装和一些高端微波元器件中。这类陶瓷虽然介电常数相对较低，但其品质因数Q特别高，烧成温度较高，所以其材料制备有一定的困难[10]。而且实验处理过程中不恰当的行为会导致样品挥发，造成样品成分缺失和性能变化，影响实验结果。其烧结温度高保温时间长的特性更容易导致实验误差。
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