微波,介质陶瓷

微波介质陶瓷CaSiO3 Al2O3 报告人 先进陶瓷与粉末冶金 报告时间 1 2020 4 21 目录 2 2020 4 21 前言 微波介电陶瓷是近二十多年发展起来的一种新型功能陶瓷材料 它是制造微波介质谐振器和滤波器的关键材料 它在原来微波铁氧体的基础上 对配方和制作工艺都进行了大幅的升级换代 使之具有高介电常数 低微波损耗 温度系数小等优良性能 适于制作现代各种微波器件 如电子对抗 导航 通讯 雷达 家用卫星直播电视接收机和移动电话等设备中的稳频振荡器 滤波器和鉴频器 能满足微波电路小型化 集成化 高可靠性和低成本的要求 随着移动通信和现代电子设备的发展 微波介质陶瓷的研究越来越受到人们的重视 承载着未来微波器件的无限希望 3 2020 4 21 微波介质陶瓷简介 微波介质陶瓷 MWDC 是指应用于微波频段 主要是UHF SHF频段 300MHz 300GHz 电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷 主要用于制造介质谐振器 微波集成电路基片 元件 介质波导 介质天线 输出窗 衰减器 匹配终端 行波管夹持棒等微波器件 介质谐振器可制造滤波器 振荡器等微波集成电路的重要器件 4 2020 4 21 微波介质陶瓷应用 5 2020 4 21 6 2020 4 21 低温共烧结陶瓷 LowTemperatureCo firedCeramic LTCC LTCC技术是无源集成的主流技术 LTCC是将低温烧结陶瓷粉制成生瓷带 在生瓷带上利用激光打孔 微孔注浆 精密导体浆料印刷等工艺制出所需要的电路图形 并将多个被动组件埋入多层陶瓷基板中 然后叠压在一起 内外电极可分别使用银 铜 金等金属 烧结 制成三维空间互不干扰的高密度电路 也可制成内置无源元件的三维电路基板 在其表面可以贴装集成电路和有源器件 制成无源 有源集成的功能模块 可进一步将电路小型化与高密度化 特别适合用于高频通讯用组件 7 2020 4 21 微波介质陶瓷低温烧结研究现状 要实现微波介质陶瓷的低温烧结 可以通过以下三种途径 1 细化粉体粒径 即通过获得分散均匀 无团聚的 并具有良好烧结特性的超细粉体或表面活性高的粉体来达到降低烧结温度的目的 2 通过添加适量的烧结助剂 主要是低熔点氧化物或者低熔点玻璃 通过液相活性烧结 从而达到降低烧结温度的目的 3 开发新型的固有烧结温度低的材料体系 8 2020 4 21 低温共烧结应用陶瓷的低温烧结和微波介电特性 LowtemperaturesinteringandmicrowavedielectricpropertiesofCaSiO3 Al2O3ceramicsforLTCCapplications 9 2020 4 21 CaSiO3陶瓷特点 CaSiO3陶瓷是一种优良的介电材料 介电常数小 介电损耗少 但是 它的烧结温度范围很窄 升高烧结温度也很难得到致密的CaSiO3陶瓷 而且孔洞会增多 10 2020 4 21 文献概要 方法 掺杂掺杂物 Li2CO3 CuO CaTiO3以CaSiO3 1wt Al2O3 r 6 66 Q f 24626GHz 为基体材料 通过添加低熔点氧化物助剂 分别实现了添加CuO和Li2CO3的CaSiO3 1wt Al2O3陶瓷在低温的烧结 并获得了良好的微波介电性能 Li2CO3 CuO单一或复合助剂 实现了CaSiO3 1wt Al2O3陶瓷在900 的低温烧结 合成的CaSiO3 1wt Al2O3 1 5wt Li2CO3 0 2wt CuO粉体 具有较高的烧结活性 可在900 烧结 并获得了较好的微波介电性能 r 7 15 Q f 21950GHz 通过添加CaTiO3 10wt CaTiO3 将陶瓷的谐振频率温度系数调节到 1 22ppm 并实现了与Ag电极的低温共烧 11 2020 4 21 实验操作 利用传统的固态法 以CaCO3 SiO2 Al2O3 CuO Li2CO3和TiO2为原料 称取化学计量比的CaCO3和SiO2或TiO2粉末 在乙醇中用ZrO2小球球磨24h 干燥后1200 空烧2h得到CaSiO3或CaTiO3 得到的粉末 1wt Al2O3和不同量的CuO Li2CO3或CaTiO3混合后再球磨24h 干燥后筛滤 粉末与5wt 的粘结剂聚乙烯醇混合 135MPa单向压力下压成直径15mm 厚7 8mm的圆片 试样空烧 升温速率5 min 在850 1000 下烧结2h 12 2020 4 21 结果与讨论 不同含量CuO的影响 CaSiO3 1wt Al2O3 1wt Li2CO3 a0wt b0 2wt c0 4wt d0 8wt CuO 13 2020 4 21 结果与讨论 不同含量CuO的影响 SEM CaSiO3 1wt Al2O3 1wt Li2CO3 a0wt b0 2wt c0 4wt d0 8wt CuO 14 2020 4 21 结果与讨论 不同含量CuO的影响 CaSiO3 1wt Al2O3 1wt Li2CO3 a0wt b0 2wt c0 4wt d0 8wt CuO 15 2020 4 21 结果与讨论 不同含量Li2CO3的影响 XRD CaSiO3 1wt Al2O3 0 2wt CuO a0 8wt b1 0wt c1 5wt d2 0wt Li2CO3 900 16 2020 4 21 结果与讨论 不同含量Li2CO3的影响 CaSiO3 1wt Al2O3 0 2wt CuO a0 2wt b0 4wt c0 8wt d1 0wt e1 5wt f2 0wt Li2CO3 17 2020 4 21 结果与讨论 不同含量Li2CO3的影响 SEM CaSiO3 1wt Al2O3 0 2wt CuO a0 8wt b1 0wt c1 5wt d2 0wt Li2CO3 900 18 2020 4 21 结果与讨论 不同含量Li2CO3的影响 SEMEDS CaSiO3 1wt Al2O3 0 2wt CuO 2 0wt Li2CO3 900 19 2020 4 21 结果与讨论 不同含量Li2CO3的影响 CaSiO3 1wt Al2O3 0 2wt CuO a0 2wt b0 4wt c0 8wt d1 0wt e1 5wt f2 0wt Li2CO3 20 2020 4 21 结果与讨论 CaTiO3的影响 CaSiO3 1wt Al2O3 0 2wt CuO 1 5wt Li2CO3 0 12wt 900 21 2020 4 21 结果与讨论 生瓷带的SEM 与银电极共烧后的SEM 22 2020 4 21 展望 随着微波技术的迅速发展 信息化社会对微波介质陶瓷材料的要求也会越来越高 其应用前景也会越来越好 对微波介质材料性能的微观机理有待于进一步研究 希望能从理论上了解影响陶瓷材料微波损耗的机理 找出晶体的微观结构和材料微波介电性能之间的关系 另外现有的制备工艺也有待于进一步改进 目前多采用常规的高温固相反应方法制备 不仅烧结时间长 很难获得致密的结构 而且组分易挥发 使产物偏离预期的组成并形成多相结构 从而导致材料性能的劣化和不稳定性 近年来软化学法作为一种先进的材料制备方法 已经在功能陶瓷的制备方面开辟了一种新的工艺路线 我们相信随着研究的进一步深入和新型烧结技术的运用 最终可实现微波介质陶瓷材料组成 结构与性能的可调控性 微波介电材料将显示出广阔的应用前景 23 2020 4 21 引用 1 HuanpingWang ZuopengHe DenghaoLi RuoshanLei JinminChen ShiqingXu LowtemperaturesinteringandmicrowavedielectricpropertiesofCaSiO3 Al2O3ceramicsforLTCCapplications CeramicsInternational 40 2014 3895 3902 2 李标荣 王筱珍 张绪礼 无机电介质 M 武昌 华中理工大学出版社 1995 154 166 3 赵梅瑜 王依琳 低温烧结微波介质陶瓷 J 电子元件与材料 2002 21 2 30 39 4 黄晓巍 液相烧结氧化铝陶瓷的致密化机理 J 材料导报 2005 19 4 393 395 5 郑振中 甘国友 严继康等 低温共烧