cuonb2o5tio2微波介质陶瓷的制备及性能研究(附件)【字数：11543】
摘 要摘 要低温共烧陶瓷（LTCC）技术是实现各种微波介质陶瓷元器件集成化、小型化、便携化的最有效途径，因而研制出烧结温度低、品质因数高、谐振频率温度系数小的微波介质陶瓷材料是微波介质陶瓷发展的必然趋势。而寻找本身具有低烧结温度陶瓷介质材料则是促进LTCC技术发展的最佳方法。本文主要采用了传统固相法制备得到Cu0.3OTi2.1Nb0.6O4微波介质陶瓷，通过添加0wt.%、2.0wt.%、4.0wt.%、6.0wt.%、8.0wt.%的B2O3来研究不同含量烧结助剂对其介电性能的影响；同时还讨论了在不同烧结温度下Cu0.3OTi2.1Nb0.6O4微波介质陶瓷的介电性能的变化。实验结果表明在添加剂B2O3含量相同的条件下，Cu0.3OTi2.1Nb0.6O4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、内部结构存在较多缺陷、得到的陶瓷样品的介电性能就较差；随着烧结温度升高，样品得到充分烧结，内部结构逐渐完善，介电性能也逐渐增大，并在975℃达到最大值；当烧结温度超过975℃时，随着温度继续升高，样品材料会出现过烧现象，其介电性能会随着温度的升高而逐渐降低。在温度相的条件下，适量的B2O3烧结助剂能降低其烧结温度，促进Cu0.3OTi2.1Nb0.6O4样品烧结，使样品获得较好的介电性能。试验中，当添加剂B2O3含量小于4.0wt.%时，样品的介电常数随其添加量的增多而增大；当B2O3含量超过4.0wt.%，样品介电性能开始逐渐降低。实验结果表明当烧结温度为975℃、烧结助剂B2O3的添加量为4.0wt.%时，材料的介电性能最佳，此时，其介电常数εr=102，介电损耗tanδ=0.08。关键词低温共烧陶瓷（LTCC）；微波介质陶瓷；Cu0.3OTi2.1Nb0.6O4；介电性能；烧结特性
目 录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 微波介质陶瓷的性能及要求 错误！未定义书签。
1.3 微波介质陶瓷的研究现状及发展趋势 错误！未定义书签。
1.3.1 微波介质陶瓷的发展与现状 错误！未定义书签。
1.3.2 微波介质陶瓷的发展趋势 错误！未定义书签。
1.3.3 低温共烧陶瓷（LTCC） 错误！未定义书签。
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
1.3.4 微波介质陶瓷低温烧结的方法 错误！未定义书签。
1.4 课题的提出与研究内容 6
1.4.1 研究现状 6
1.4.2 研究目的和内容 7
第二章 实验方法 8
2.1 实验原料 8
2.2 主要实验仪器 8
2.3 实验工艺 9
2.4 性能测试 12
2.4.1 物理性能测试 12
2.4.2 介电性能测试 13
第三章 结果与讨论 14
3.1 烧结温度对Cu0.3OTi2.1Nb0.6O4介电性能性能的影响 14
3.2 添加剂B2O3对Cu0.3OTi2.1Nb0.6O4介电性能的影响 22
结论 26
致谢 27
参考文献 27
第一章 绪论
1.1 引言
在最近的五六十年里，微波能得到了前所未有的高效利用［1］，这主要体现在移动通讯、卫星通讯等科技的迅猛发展和广泛应用,手机、笔记本等移动系统早已飞入寻常百姓家。一般认为，位置处于超短波和红外波之间，频率介于300MHz300GHz间，波长在lm0.lmm范围内的电磁波为微波。
表11 微波频段的划分
特高频（UHF）
3003000（MHz）
分米波
微波
10010cm
超高频（SHF）
330(GHz)
厘米波
101cm
极高频（EHF）
30300(GHz)
毫米波
101mm
至高频
3003000(GHz)
丝米波
10.1mm
与普通的无线电波相比，微波具备以下几种优势：信息承载容量大、可用频带较宽、频率高、可以完成多路通信；微波能够强吸收和强穿进不同介质体，可以实现穿透高空的电离层［2］，适用于移动通讯、航天航空等技术；微波的波长特别短，所以它具备的能量高，传播方向准确，反射金属目标的能力也很强，因而有助于提高微波在卫星导航、雷达等方面发射和跟踪目标的精确度；另外，实现微波设备的数字化还可以提高通信信息的保密性［3］。鉴于微波的这些特点，微波技术在通信领域的应用和发展越来越受科学界关注。
微波介质材料是微波通信技术的核心，若要推动微波通讯技术快速有效的发展，迅速实现其小型化、集成化和便携化的目标，必须加强对微波介质材料性能的研究的力度，不断研发新的具有高介电性能和更具实用价值的介质材料。
微波介质陶瓷，是指应用于微波频段电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷，是现代通讯中广泛使用的谐振器、滤波器、介质基片、介质导波回路等微波元器件的重要材料［4］，它具有优异的性能。研究表明，材料的介电常数越高，越有利于缩小微波元器件的体积、提高其工作稳定性高。而微波介质陶瓷正好具有高介电常数，因而能够很好的缩小各电子信息设备的体积，符合现代微波通信技术设备制作领域中的小型化的要求［5］；其次，微波介质陶瓷拥有较高的品质因素Q，能有效的减少微波电路中的介电损耗，提高对能量的利用率［6］；另外，微波介质陶瓷受温度变化的影响很小、温度稳定性高，为微波元器件提供了稳定的工作环境。目前，在制造频率稳定化振荡器、谐振器、滤波器等多种微波元件方面，微波介质陶瓷都得到广泛应用。科学技术在快速发展，各领域对于通信的高效、稳定等综合要求越来越高，对微波介质陶瓷深入研究、并探索新的性能高、资源丰富、绿色环保的介质陶瓷需求也越来越迫切。因此，深入研究微波介质陶瓷，改善其介电性能，是目前各国科学家共同努力的方向。
1.2 微波介质陶瓷的性能及要求
微波介质陶瓷是一种电解质材料，它的性能主要由介电常数εr、品质因素Q(或介电损耗)和谐振频率温度系数τf三个参数决定。好的微波介质陶瓷需要有高介电常数εr、高品质因子Q和近乎于0的谐振频率温度系数τf。
（1）高的介电常数εr
研究发现，介质谐振器的尺寸与介电常数的平方根成反比［7］，介质材料具备较高介电常数的有利于促进微波元器件的小型化。并且，尺寸越小的介质谐振器越有利于集中电磁能量，减小环境对微波元器件的影响［8］，保证元器件的工作稳定性。因此微波介质陶瓷必须要有较大的的介电常数才满足现代通信技术设备的发展要求，从而才能促进通讯行业的飞速发展。
（2）高的品质因数Q
好的滤波器需要有较低的插入损耗低，而微波介质材料的介电损耗tanδ是影响介质滤波器插入损耗的主要因素［9］，研究表明，介质材料的品质因数Q与介电损耗tanδ成反比，Q越大，即tanδ越小，滤波器的插入损耗越低。所以，良好的微波介质材料必须具有较高的品质因数。
（3）近乎于零的谐振频率温度系数τf
微波器件的中心谐振频率受温度变化影响的程度的大小用谐振频率温度系数τf。若τf较大，介质材料谐振频率随温度变化也大，微波器件的工作稳定性能也越差，因此谐振频率温度系数τf需很小很小［10］，近乎于零。如果材料的温度要求范围是40℃～100℃，那么介质材料的谐振频率温度系数τf应在10ppm/℃～10ppm/℃的范围内。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 微波介质陶瓷的性能及要求 错误！未定义书签。
1.3 微波介质陶瓷的研究现状及发展趋势 错误！未定义书签。
1.3.1 微波介质陶瓷的发展与现状 错误！未定义书签。
1.3.2 微波介质陶瓷的发展趋势 错误！未定义书签。
1.3.3 低温共烧陶瓷（LTCC） 错误！未定义书签。
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
1.3.4 微波介质陶瓷低温烧结的方法 错误！未定义书签。
1.4 课题的提出与研究内容 6
1.4.1 研究现状 6
1.4.2 研究目的和内容 7
第二章 实验方法 8
2.1 实验原料 8
2.2 主要实验仪器 8
2.3 实验工艺 9
2.4 性能测试 12
2.4.1 物理性能测试 12
2.4.2 介电性能测试 13
第三章 结果与讨论 14
3.1 烧结温度对Cu0.3OTi2.1Nb0.6O4介电性能性能的影响 14
3.2 添加剂B2O3对Cu0.3OTi2.1Nb0.6O4介电性能的影响 22
结论 26
致谢 27
参考文献 27
第一章 绪论
1.1 引言
在最近的五六十年里，微波能得到了前所未有的高效利用［1］，这主要体现在移动通讯、卫星通讯等科技的迅猛发展和广泛应用,手机、笔记本等移动系统早已飞入寻常百姓家。一般认为，位置处于超短波和红外波之间，频率介于300MHz300GHz间，波长在lm0.lmm范围内的电磁波为微波。
表11 微波频段的划分
特高频（UHF）
3003000（MHz）
分米波
微波
10010cm
超高频（SHF）
330(GHz)
厘米波
101cm
极高频（EHF）
30300(GHz)
毫米波
101mm
至高频
3003000(GHz)
丝米波
10.1mm
与普通的无线电波相比，微波具备以下几种优势：信息承载容量大、可用频带较宽、频率高、可以完成多路通信；微波能够强吸收和强穿进不同介质体，可以实现穿透高空的电离层［2］，适用于移动通讯、航天航空等技术；微波的波长特别短，所以它具备的能量高，传播方向准确，反射金属目标的能力也很强，因而有助于提高微波在卫星导航、雷达等方面发射和跟踪目标的精确度；另外，实现微波设备的数字化还可以提高通信信息的保密性［3］。鉴于微波的这些特点，微波技术在通信领域的应用和发展越来越受科学界关注。
微波介质材料是微波通信技术的核心，若要推动微波通讯技术快速有效的发展，迅速实现其小型化、集成化和便携化的目标，必须加强对微波介质材料性能的研究的力度，不断研发新的具有高介电性能和更具实用价值的介质材料。
微波介质陶瓷，是指应用于微波频段电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷，是现代通讯中广泛使用的谐振器、滤波器、介质基片、介质导波回路等微波元器件的重要材料［4］，它具有优异的性能。研究表明，材料的介电常数越高，越有利于缩小微波元器件的体积、提高其工作稳定性高。而微波介质陶瓷正好具有高介电常数，因而能够很好的缩小各电子信息设备的体积，符合现代微波通信技术设备制作领域中的小型化的要求［5］；其次，微波介质陶瓷拥有较高的品质因素Q，能有效的减少微波电路中的介电损耗，提高对能量的利用率［6］；另外，微波介质陶瓷受温度变化的影响很小、温度稳定性高，为微波元器件提供了稳定的工作环境。目前，在制造频率稳定化振荡器、谐振器、滤波器等多种微波元件方面，微波介质陶瓷都得到广泛应用。科学技术在快速发展，各领域对于通信的高效、稳定等综合要求越来越高，对微波介质陶瓷深入研究、并探索新的性能高、资源丰富、绿色环保的介质陶瓷需求也越来越迫切。因此，深入研究微波介质陶瓷，改善其介电性能，是目前各国科学家共同努力的方向。
1.2 微波介质陶瓷的性能及要求
微波介质陶瓷是一种电解质材料，它的性能主要由介电常数εr、品质因素Q(或介电损耗)和谐振频率温度系数τf三个参数决定。好的微波介质陶瓷需要有高介电常数εr、高品质因子Q和近乎于0的谐振频率温度系数τf。
（1）高的介电常数εr
研究发现，介质谐振器的尺寸与介电常数的平方根成反比［7］，介质材料具备较高介电常数的有利于促进微波元器件的小型化。并且，尺寸越小的介质谐振器越有利于集中电磁能量，减小环境对微波元器件的影响［8］，保证元器件的工作稳定性。因此微波介质陶瓷必须要有较大的的介电常数才满足现代通信技术设备的发展要求，从而才能促进通讯行业的飞速发展。
（2）高的品质因数Q
好的滤波器需要有较低的插入损耗低，而微波介质材料的介电损耗tanδ是影响介质滤波器插入损耗的主要因素［9］，研究表明，介质材料的品质因数Q与介电损耗tanδ成反比，Q越大，即tanδ越小，滤波器的插入损耗越低。所以，良好的微波介质材料必须具有较高的品质因数。
（3）近乎于零的谐振频率温度系数τf
微波器件的中心谐振频率受温度变化影响的程度的大小用谐振频率温度系数τf。若τf较大，介质材料谐振频率随温度变化也大，微波器件的工作稳定性能也越差，因此谐振频率温度系数τf需很小很小［10］，近乎于零。如果材料的温度要求范围是40℃～100℃，那么介质材料的谐振频率温度系数τf应在10ppm/℃～10ppm/℃的范围内。
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