ba[(znxco1-x)13nb23]o3微波介质陶瓷的制备及改性研究

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1、Ba[(ZnxCOl_士3Nb2/3]O3微波介质陶瓷的制备及改性研究摘要：微波介质陶瓷是指应用于微波频段电路当中，作为介质材料并完成一种或几种功能的陶瓷应用的频段主要是300MHz"300GHz之间的微波波段。微波介质材料的研究已历经近70年的历史，但是直到20世纪80年代末期才引起人们的重视、微波介质陶瓷具有高的介电常数I和品质因子Q值，以及较低的频率温度系数等优良特性，因此能够满足微波电路小型化、集成化和高可靠性的要求，用作谐振器、滤波器、介质天线、介质导波回路等微波元器件。随着微波器件向民用产品的低成本、高产量方向的快速发展，微波介质材料领域的研究得以迅速发展

2、，目前已经成为功能陶瓷领域的研究热点之一。关键词：无机非金属材料；微波介质陶瓷；钙钛矿；助烧：改性：熔盐法一、钙钛矿陶瓷概况研究发现，具有通式为A(BZ1/3B"2/3)O3(A=Ba,Sr;Bz=Mg，Zn，Co,Ni，Mn;B"=Nb和Ta)的父合钙钛矿陶瓷材料对被广泛应川在移动通信系统的微波频率设备上，如：波异、滤波器、谐振器和振荡器等[2]。它具有较高的介电常数er和品质W子Q值，以及较低的频率温度系数tf等优良特性。0前国内外研究较多的足在高温卜烧成的A(B'1/3Ta2/3)03系列陶瓷化合[3_7],但是由于其中所需的原料Ta2O5比较昂贵、要求纯度较高

3、且系统烧结温度太高(1500°C),限制了它的大规模推广应用。现今针对Ba(B'1/3Nb2/3)O3(BZN)的研究还不多，Nb2O5相比Ta2O5则是一种价格低廉来源广泛的化合物，利川它代替Ta2O5在适当的条件下也可制得性能较好的介质陶瓷材料所以具有很好的研究潜力。1、钙钛矿结构微波介质陶瓷体系因为钙铁矿结构異有极强的通融性，使得人M不同性能的微波介质陶瓷被开发出來。从人们对钙铁矿微波陶瓷常用的研究思路和方句来看,可以把钙钛矿结构微波介质陶瓷大致分为三类：1)简单钙铁矿类这类陶瓷主要有LnA103(Ln为稀土元素，如La,Nd等)，CaTiO3,SrTiO3[9

4、]等。LnA103系列其有较高的Q值，较低的介电常数和负的谐振频率温度系数，而CaTiO3、SrTiO3虽然Q值都不高，但具有很大的介电常数和大的II•:的谐振频率温度系数，是用来正负温度系数£合开发敁常川的正温度系数材料。2)B位离子有序复合钙铁矿类:此类陶瓷种类最多，覆盖而最广，但其开发的思路人体相同:即在B位形成kl或1:2离子有序（以1:2有序居多），而A位通常是Ca2+、Sr2Ba2+以及稀土元素离子。一般说来，Ca、Sr基复合钙铁矿具有较小的介电常数、较高的Q值和负的谐振频率温度系数，Ca基的Q值要略高于Sr基;Ba基的介电常数比Sr、Ca基要髙，其1:

5、2有序结构体系具有极高的Q值而温度系数一般为较小的正值，是研究应用最为广泛的一类复合钙铁矿陶瓷［1（）1。而稀土离子基的复合钙铁矿是近年才幵发ili来的一类性能优异的微波陶瓷，其一般为B位kl有序结构，介电常数与前而捉到的三种陶瓷类似，在20—40范围之内，具冇和Ca、SrJSfi合钙铁矿一样的负谐振频率温度系数以及可以与Ba基相比拟的高Q值，是一类很有成用前景的微波陶瓷材料。而对于1:3有序结构材料，如前面所提到，无论结构还足性能都还有待进一步研究和提高［m。3）正负谐振频率温度系数复合类：这类陶瓷主耍是着眼于零谐振频率温度系数陶瓷的幵发，通常是应用II•:负溫度系

6、数合的方法米彳V•到近零的谐振频率温度系数。而jl•:如1）中所说，敁常川到的正温度系数端的材料是CaTiOgSrTiCb，它们与不同负温度系数材料复合得到的近零温度系数材料的介电常数人小可以在很人范围内调节，且Q值适屮这些负温度系数端材料主要包拈2）十提到的Ca、Sr、稀土元素基B位有序复合钙铁矿以及-些大介电常数、高损耗的Pb基复合钙铁矿。而对于正溫度系数的Ba基S合钙铁矿类，则需耍通过负溫度系数材料如BaZrO3、BaWO4、BaSnO3等来调节。这种正负温度系数兌合的方法是开发满足商业应川耍求的零温度系数材料敁冇效途径。【12］二、影响钙钛矿化合物微波介电性能

7、的因素钙钛矿化合物的微波介电特性与材料的组成、材料的微观结构及制备工艺有着密切关系。材料中存在的晶粒、晶界、气孔、杂质以及品格缺陷对材料的介屯性能影响很大。3.1介电常数在高频微波带下，材料的介电常数主要取决于材料结构屮的晶相和制备工艺，与使用频率基本无关［13］。在主晶相人多足非铁电、非反铁电、非偶极性的常规电介质型离子晶体屮，对介电性质做主要贡献的足电子式极化和离子式极化。这一类材料的介电常数山材料中偶极子数量和种类决定。选用具有较大密度或较大分子极化率的质粒组成的电介质，能较大幅度提高材料的介电常数［141。人多数具存高介电常数的复合钙钛矿型微