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低温烧结微波介质陶瓷BiNbO


低 温烧结微 波介质 陶瓷



的 研 究进 展 李光 耀 等

低 温烧结微波介质 陶瓷
李光 耀
王 春娟

的研 究 进 展
刘 向春
,



谢 述峰

田长生

西

北 工 业 大 学 材料 学 院 西 安 摘要
综 述 了低 温 烧 结 微波介质 陶瓷


的 近 期 研 究 进展 总 结 了 在 压
, ,



陶 瓷 的 研 究 中所 采 用 的



基 本 方 法 氧 化 物 掺 杂 离 子 置 换 以 及 与 其 它 微 波 介 质 材 料 复 合 归 纳 了 不 同 氧 化 物 掺 杂 不 同 离子 置 换 对 陶 瓷 影 响 的
异 同 点 以 及表现 出来的 共 同规律
,




关键词 中图分类号

氧化 物 掺 杂

离子 置 换

复 合化 研 究

文献标识码

,

,



,

,

,

,

,

,

引言
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 瓷材 料 川 适 于 制 作各种 微 波 器 件 能
,

,

满 足 微 波 电路 集 成 化 高可 靠性 和 低 成本 的要 求 闭 为 了进 一 步
满 足 通 信终 端 小 型 化 集 成 化 和 低 成 本 化 的 要 求 最 初 是 努 力 提
,






高 材 料 的 介 电 常 数 以 减 小谐振 器 的 尺 寸 但 在 更 高 频 率 下 增 大
,

介 电 常数 的 作 用 是 有 限 的 川 路技术
,



进 一 步 的方 法 是 发 展 多 层 集 成 电
,

而 这 一 技 术 的基 础 是 多 层 片式 元 件 闭 这 就 要


求微 波 介 质 材 料 能 与 高 电 导 率 的 电 极 ℃ 共烧 即 能 够低 温烧结
,




,
?







平 面上 的结构 示 意 图

陶 瓷 是 近 年 来备 受关 注 的 一 种 微 波 介 质 陶瓷 其微 波 介 电性 能 于




年由

首次报道
〔〕


。 〕



有低温型
发生





,

和 高温 型 件 相转 变为 月 相


种 晶体结 构 在
相属 于斜方 晶系
, ,

,

陶瓷 的掺 杂 改 性
很难 达 到致 密化 所 以必须使用 一定 的
,
,

不 可 逆相变 由
,



,

空间

群 其结构与低温型 看 作是 由


相同 如图

所示 整个结构可 以
卜 构成
,

由于 纯 的


所 连 接 起 来 的 多层
,

如图

所示





助 烧 剂 来促 使其 烧 结 致 密 各类 研究 所 采 用 的 氧 化 物 助 烧 剂 主 要是
及 二 者 的 复合 用 等〔 〕


相属于三斜晶系


空 间群 是 由
,
,

连 接起 来 的通 式 为


的许 多 层 所 组 成 的 每 一 层 内


八 面 体通 过

个顶 纯



,



陶瓷进 行 了 改性 结果 表 明
,



,

角上 的氧原子 相 连
目前 关 于


越多烧结温度越低 当
,

掺杂量

时 陶瓷为
,

的 研 究 主 要 集 中在 如 何 调 整 其 谐 振 频 率



当掺 杂 量
,



写时 陶瓷 中 出 现 了 未 知 相 且 掺
,

温度 系数

提高

值 上 采 取 的措 施 主 要 有 氧 化 物 掺 杂
种 下 面 分别加 以 论 述
,

,



杂量 增加


,

。 衍射峰 的强度 下 降
,

其结 晶受到抑制 陶瓷 的



离 子 置换 及 与 其它微波 介 质 材 料复 合 航 空 基 础 科 学基 金 资助 项 目 李 光耀 男
,



随烧 结 温 度 的 升 高先 增 大 后 饱 和 各 掺 杂 量 的 饱 和 值 相 差 不

年 生 硕 士 从 事微 波 介 质 陶瓷 的研 究
, ,





低 温烧结微 波介质 陶瓷



的 研 究进 展 李光 耀 等

低 温烧结微波介质 陶瓷
李光 耀
王 春娟

的研 究 进 展
刘 向春
,



谢 述峰

田长生

西 北 工 业 大 学 材料 学 院 西 安 摘要
综 述 了低 温 烧 结 微波介质 陶瓷


的 近 期 研 究 进展 总 结 了 在 压
, ,



陶 瓷 的 研 究 中所 采 用 的



基 本 方 法 氧 化 物 掺 杂 离 子 置 换 以 及 与 其 它 微 波 介 质 材 料 复 合 归 纳 了 不 同 氧 化 物 掺 杂 不 同 离子 置 换 对 陶 瓷 影 响 的
异 同 点 以 及表现 出来的 共 同规律
,




关键词 中图分类号

氧化 物 掺 杂

离子 置 换

复 合化 研 究

文献标识码

,

,



,

,

,

,

,

,

引言
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 瓷材 料 川 适 于 制 作各种 微 波 器 件 能
,

,

满 足 微 波 电路 集 成 化 高可 靠性 和 低 成本 的要 求 闭 为 了进 一 步
满 足 通 信终 端 小 型 化 集 成 化 和 低 成 本 化 的 要 求 最 初 是 努 力 提
,






高 材 料 的 介 电 常 数 以 减 小谐振 器 的 尺 寸 但 在 更 高 频 率 下 增 大
,

介 电 常数 的 作 用 是 有 限 的 川 路技术
,



进 一 步 的方 法 是 发 展 多 层 集 成 电
,

而 这 一 技 术 的基 础 是 多 层 片式 元 件 闭 这 就 要


求微 波 介 质 材 料 能 与 高 电 导 率 的 电 极 ℃ 共烧 即 能 够低 温烧结
,




,
?







平 面上 的结构 示 意 图

陶 瓷 是 近 年 来备 受关 注 的 一 种 微 波 介 质 陶瓷 其微 波 介 电性 能 于




年由

首次报道
〔〕


。 〕



有低温型
发生





,

和 高温 型 件 相转 变为 月 相


种 晶体结 构 在
相属 于斜方 晶系
, ,

,

陶瓷 的掺 杂 改 性
很难 达 到致 密化 所 以必须使用 一定 的
,
,

不 可 逆相变 由
,



,

空间

群 其结构与低温型 看 作是 由


相同 如图

所示 整个结构可 以
卜 构成
,

由于 纯 的


所 连 接 起 来 的 多层
,

如图

所示





助 烧 剂 来促 使其 烧 结 致 密 各类 研究 所 采 用 的 氧 化 物 助 烧 剂 主 要是
及 二 者 的 复合 用 等〔 〕


相属于三斜晶系


空 间群 是 由
,
,

连 接起 来 的通 式 为


的许 多 层 所 组 成 的 每 一 层 内


八 面 体通 过

个顶 纯



,



陶瓷进 行 了 改性 结果 表 明
,



,

角上 的氧原子 相 连
目前 关 于


越多烧结温度越低 当
,

掺杂量

时 陶瓷为
,

的 研 究 主 要 集 中在 如 何 调 整 其 谐 振 频 率



当掺 杂 量
,



写时 陶瓷 中 出 现 了 未 知 相 且 掺
,

温度 系数

提高

值 上 采 取 的措 施 主 要 有 氧 化 物 掺 杂
种 下 面 分别加 以 论 述
,

,



杂量 增加


,

。 衍射峰 的强度 下 降
,

其结 晶受到抑制 陶瓷 的



离 子 置换 及 与 其它微波 介 质 材 料复 合 航 空 基 础 科 学基 金 资助 项 目 李 光耀 男
,



随烧 结 温 度 的 升 高先 增 大 后 饱 和 各 掺 杂 量 的 饱 和 值 相 差 不

年 生 硕 士 从 事微 波 介 质 陶瓷 的研 究
, ,





低 温 烧 结 微波介质 陶瓷
变 温 度 且此温度随
,

的 研 究 进 展 李光 耀 等


含 量 的增 加 而 降低
含 量 的增 多 而下 降
,



随烧 结 温 度


的升高而增大 但随
,

,

溯 牛 叶 件 沫 丁 绷丫 去 姗注 十 香 令 关
目 甲 国 口 (

含 量 和 烧 结 温 度 有 很 强 的依 赖 性 另 外
对应关系


与相 结 构有 较 强 的 进行
,





, 「 ’〕



置换



研究



结果表 明
,

取 代 同样 降低 了

,


的相 变 温 度 但

都很小 即使
升 高到
,


烧结 时
,

值也仅为



取 代 降 低 了陶 瓷 的


烧 结性 能

增 大 陶瓷 的 致 密 化 温 度从



,

瓷 的致 密度 和

都 随烧 结 温 度 的升 高 而 增 大 然 后 达 到 饱 和


但饱 和值随
,


的增 大而 降低 陶瓷 的

随烧 结 温 度 的 升 高 而
,

增 大 烧结 温 度再 升 高则
于烧结温度 当

降低 可 见
,

值强 烈 的依 赖
一 又 一。










一“

。增 大 到
,

值从 来调 整

变化到 一





℃ 因此 可 通 过调 整

近于


?








陶瓷 的



的置 换
等对
一 系列研究

,

置换




,

对 置换


陶瓷 的影 响 进 行 了
针 后 陶瓷 中 无 新 相 生


五 价离 子 置 换方 面
针 取


,



取代



不 会 降低 相 变温 度 但

,

结果显 示

代会 降低 相 变温 度 这 是 由于 其 与
,


的半径差 比
,



,


,

形成 固溶体

,

置换

降 低 了 陶瓷


,

的半径 差 大 三 价 与 五 价离 子 置 换 的影 响 规律也有
,

的烧结性 能 使烧结 温 度 升 高 和于

,

陶瓷 的
,

。,

随烧 结 温 度 升 高 都 饱
,


很 多 异 同 它 们都 会 降 低 陶 瓷 的 烧 结 性 能 使 烧 结 温 度 升 高 都 会使
,

之间 但

的变 化 比较 复 杂 依赖 于 烧 结 温 度 和 随 陶瓷的 陶 瓷进 行
,

向负方 向变 化 但 作 用 机 理 不 同 三 价 离 子 取 代 与
, ,


置 换 量 其 值先 随 置换 量 增 大而 增 大 然后 下 降 陶瓷 的

相 有 关 而 五 价 取 代 与离 子 的 固溶 有 关

量 的增 大 向负方 向移 动 这 可 能是 因 为 为一


。 。

的复 合化 研 究 及 气 氛 烧 结
除上述研究 近来很 多学者积极 寻 找其 它手段 对
,
,

也 等〔 〕 对
,
,

,

离子置换


” 十


, 〕

离 子 的 研 究 其影 响 规 律 与


等的
,

一 行 改 性 主 要 包 括 用 其 它 氧 化 物进 行 掺 杂即 川 不 等价 离 子 置

研究结果 一 致 此外
果表明
,
,




还对

取代

进行 了研究 结
,

换田 〕 复合离子 置 换
,

, 〕

以 及 与 其它 微 波 介 质 陶 瓷 复合 等卿

取代


“十

在 此 只讨论 复合化研究 介 电性 能
一‘




降低 了

的相变 温 度 陶瓷 中 出


复合化 是 将 性 能 各 有 优 点 的 陶 瓷 复 合 起 来 获 得 期 望 的 微 波

,

现 了 俘相 但 相 变 程 度 都 较 三 价 离 子 置 换
,

的小 各 置换 量 的 相
,

,



,

,



值都小于


置换量

较 小 时 陶瓷 中 没 有
,






复 合可 提 高

,



调整





, ,







形 成 了 固溶 体 但
,



时二者 共存于 陶瓷



,

的复合体 结 果表 明两 者 没有 形 成 固溶





取 代 降低 了 陶 瓷 的烧 结 性 能 使 烧 结 温 度 升 高 微 波 介
,

体 陶 瓷 为 复相 结 构




由于




。,

较小 陶瓷的
,

,

。,




电性 能 方 面 随


增 大 饱 和 ‘ 先增 大后 降低
,

,

不 断减 小 而
,

的增 多 而 降低
一“
,

没 有 显 示 出较 明显 的 规 律 其 值
,

不 断 向负方 向移动 从
,





变化到一

在一



间无 规律地 变化 而





作 者将

的这种变化归结 于 陶瓷 晶胞 体积不 断

增 多 而增 大 这 是 因 为




较 高 最后 获得 了

,

减小



较高 的 陶瓷
, ,





离 子 取 代 研 究 的异 同
三 价离 子取代
,



一 “

此外 由于 的 影 响 有 许 多 相 似性 主 要
,

,

会与
,

电极 之 间产 生 扩散 和 反 应 咖 〕
,


相向

只 能用

或 其 它 电极 因 此
气 氛烧 结 对



的 气 氛 烧结 也 很 重 要





表 现 在 ①都会 使 陶瓷 的 各离 子 与
,

相 转 变 的 温 度 降 低 这 是 由于
,
,

多学者研究 了

陶瓷 的 影 响图

一 ’


,

结果

之 间 存 在 半径 差 ② 在 取代量 小 时 随烧结 温 度
在某 一 温 度 会 急 剧 增
,

表明


气 氛对 陶 瓷 的烧 结行 为 和 微 波 介 电性 能 有 很 大 的影
气 氛会 大 大 降 低 陶 瓷 的
,
, ,

的 升 高 线 性 增 大 取 代量 超 过 一 定 量 后
的 变 化趋 势 相 同 随 着 取 代 量 的 增 大
,

响 其 中影 响 最 大 的是

这 主要

大 ③都 会 降低 陶 瓷 的 烧 结 性 能 使烧 结 温 度 升 高 ④
,


也不 断向
,

是 因 为 低 的 氧 分 压 使 陶 瓷 中产 生 氧 空 位 缺 陷 增 多 进 而

相增 多

,

降低



负 方 向 移 动 ⑤如 图


所示

, 嘟口

的 变 化 规 律 比 较 复杂 都 强

烈依赖 于 置 换 量 和 烧 结温 度 一 般 是在某一 烧结 温度 处存在一
,

应 用 及展 望


个极 大 值 除 了 上 述 相 同 点 外 三 价离 子 置 换 的 影 响 也 有 很 大 不
,

属 于 中等
,





值 的微 波介 质 陶瓷 加 上 其低 的
,

同 例如不 同离子 与
,

“十

的半径 差 不 同 进 人 晶格 中引起 的畸变
, ,

不 同 因 此 它 们 降低 相 变 温 度 的 效 果 不 同 但 由 于 各研 究 的 工 艺
,

。 烧结温度 可将其应 用 于低 温 共烧 陶瓷 。 温烧结微波介质 陶瓷与 技 术 中 利用 低
, ,

不 同 因此 无 法得 出一个 确定 的结 论 但 总 体趋 势 是 离子半径 差
,

,

导体浆 料 的共烧 技 术 和 精 细 叠 层 工 艺 制 成 独 石 结 构 的 叠 层 型

,

越 大 相 变 温 度越低
,



表 面 贴 装 微 波 器 件 具 有 体 积 小 可 表 面 贴 装 可 靠 性 高 可 承受

,







材 料 导报
波 峰 焊 和 再 流 焊 等 优 点 即 〕 但 目前




月第

卷第
,


,

陶瓷 的研究还 存在 进 行气 氛烧结 而
, ,
,


许 多 不 足 例 如早 期 的 研 究 都 没 有 对
,

近 期 的 研究 表 明

,

气氛对 陶瓷 的烧 结行 为 和 微 波 介 电性 能尤
,

其是

值具有 重 要 影 响 这 方 面还 需 更进 一 步 的研究
,

另外一
,



个 问题 是 如何综合 各种 手段 尽 可 能地 提 高 陶瓷 的 工艺稳 定性 因为在三项性能中 都能对
, ,

提 高其
, ,

,



受 工 艺影 响 较 小 各种 方 法


,

进 行调整 而
,

受工 艺 影 响最 大


在 各种方 法
,

中 氧化 物掺 杂使 陶瓷 的
的 特性 图
,

随 烧 结 温 度 的升 高有 趋 于 饱 和 变 化复杂 对烧结温
,
,

,

而 离子 置 换 的 陶 瓷 的
,

,

,

,

度 很敏感 图 在调整
,

因 此 氧 化 物掺 杂 具有 更 好 的工 艺 可 控性 但是
,

上离子掺杂却 更有 优势 能够较容 易地 实现
,


,

,

,

的 调 节 而 与 其 它 材 料 复 合 能 够 对 微 波 介 电性 能 进 行 互 补 也 具

,

,

有 很 多 优点

在 未 来 的 研究 当 中 应 该 综 合多 种 方 法 充 分 利 用


,

,

,

,

各 自的 优 点 来 获 得 高 性 能 的 微 波 介 质 陶 瓷 材 料

,

参考文献
王 宁 赵 梅 瑜 殷 之 文 微 波 介 质 陶 瓷 的 中低 温 烧 结 无 机 材
,

,

,

,

料学报
,

,

,

,



宋 英 王 福 平 周 玉 微 波 介 质 陶瓷 材 料 的研 究 进 展 材 料科
学 与工 艺
, ,

,

,

,

,



,

,

,

,



,

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,

,

赵 梅瑜 料
,

,

王依琳
,

低温烧结微 波介质 陶瓷
,

电子元件与材

,

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,

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姚尧 赵 梅瑜 王 依琳 等 机材 料学报
, , ,

,

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微 波 介质 陶 瓷 的 研 究 无
,
,
,

姚尧 赵梅瑜 昊 文 骏 等
,

,

合 成工 艺 对
,

微 波介质 陶
一 一
, , ,

瓷 的影 响 无 机 材 料学报
,



,

,

,

杨辉 张启 龙 王 家 邦 等 微 波 介 质 陶 瓷 及 器 件 研 究 进 展
,

,

,

硅 酸盐学报
,

,

,

责任 编 辑






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