微波介质陶瓷材料综述.pdf

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1995年4月电子元件与材料微波介质陶瓷材料综述何进(国营第715厂成都610058)杨传仁(电子科技大学成都610054)摘要,从使用微波介质陶瓷材料制作微波介质谐振器的角度详细综述了微波介质陶瓷材料的特性、发展现状,讨论了提高微波介质材料性能的途径,指出了其今后的发展和应用方向。关键词微波介质谐振器微波介质陶瓷材料ASurveyofMlerowaveDieleetrieCeraes而HeJinngClluanrenYa,、e‘veA任汀RACIPro详rricsofmicrowadiclcrrje忱ramjoandit5del叩mentared。犯rlt兀泪inderailfromrhe伪intofve.‘,们ewof幻ngmicrowavedieloctricrnarorsofthemi沈ra而cs丁heytoim详oveit5Properr阳卿byusccrowawa油ren.developl犯ntandaPlieariontdsofrhecralnicsareindicaredKEY认勺RDSmicrovedie卜又tricr。弧Inator,microwaved沁Icctrie,印rawa而伪1前言,、,近年来信息容量大的卫星通信(SLC)卫用微波介质陶瓷材料制作谐振器它在体积和U,星直播电视(SLIV)等系统得到迅速发展与应重量方面都仅为金属空腔谐振器的1%左右因,、、用便捷的汽车电话便携式电话等个人及集团而可同微波管微带线一道实现微波电路混合移动通信系统也已进入日常生活。为了实现微集成化,使器件尺寸达,其价格也比到毫米量级、、,。,波通信设备的集成化小型化高稳定和廉价金属谐振腔低廉得多因此世界上电子工业发研制高性能的陶瓷材料来制作微波介质谐振器达的国家都十分重视微波介质陶瓷的研究。,,替代传统的各种金属谐振腔已成为高技术陶实践表明使用微波介质陶瓷材料制作谐。,,:瓷研究的重点项目之一振器除具有上述优点外还具有,,1)可以实现器件的高稳定高可靠谐振2微波介质谐振器与微波介质陶瓷材料勺10一6/℃量级;频率温度系数可达,、、众所周知微波设备实现小型化高稳定及2)可以实现谐振器的低损耗高品质因。,一‘廉价的方式是微波电路的集成化在微波电路数使其损耗角正切值tg。小于10而品质因数,集成化的进程中金属波导实现了平面微带集口值大于1000;,。,、。成化微波管实现了小型化但是微波电路用3)陶瓷材料加工简便机械性能良好,,、各种金属谐振腔由于体积和重量太大难以同近20年来美国日本和德国已先后开展了。,微带电路相集成解决这一困难的出路在于使微波介质陶瓷的应用研究工作使一些微波介:一一收稿日期19941021 ..EleetronmponMaterVol11No2Co质谐振器实现了商。美国在1979年12月完上也相应进行了大量工作。现将已开发应用的品化,、成了实用化的800M比汽车电话1984年5月开介质谐振器类型工作模式及结构归纳于表1,。,始使用12GHz卫星直播其微波通信设备上都中迄今为止商品化的微波介质陶瓷谐振器品使用了微波介质材料制作的介质谐振器。在应种还相当单一,适用的微波频段还很少,与现代,。用研究过程中对微波介质谐振器在结构设计微波通信技术发展的要求还存在相当的距离l表各类介质谐振器特点及应用类型模式形状尺寸适用频率应用(l)TE0lj、Sha叨厅盯频率卫星广播.介质谐D一04(<3GHz)振器I,/卫星通信、In单位为,。m地面通信’:(3沐101]m.n/s:,Hzf谐振频率单位(2)TEM一里业一L平下频带移动无线电话机电·执立选。,一z同轴谐振器放内外电极J{,}丫乍(P卜Ti一Na一助l110<301200..48BaTi刁63973(14X10一刁~伪).30‘49物Ti,。737l5(13X10一月毛板汤)中段材料(Zr,SnTIO,7360士26500)Sr3一lz,Nb3z,0343603600TIOSr(U8~18氏(吨]/3Taz/3)伪10.52510.416800..低高损端耗材材料料BaZn一/aZz3)03114300614500(Ta.Ba(Mnlz3TaZ/3)0511422345100、板30...Ba(zroo,Zno32Tao6;)l030010000伪Z一:,微波介质陶瓷的介电常数主要取决于材料料学院在研究BaoNd钱Tio系材料时使用,,结构中的晶相和制备工艺与使用频率基本无先进的HIP技术使BNI,的。由通常的80以下关。提高到85~90。:,:众所周知在微波频段介电常数的色散公由微波传输理论可知微波振荡在介质体,,:l)式经近似处理后有如下关系内传输无论采用何种模式(见表谐振器的。·,已。几Ze2￡。尺寸都大约在一的整数倍间()一(二)=()/巩嵘,、J只卜/、‘J鲁今目J’目’。卜24~~,:‘,、尧(0)一(o)(1),mm,考入冬考入冬·Lmm=(巴巴二』塑:el、{‘一}”川、二长一锐)了N‘’(、2一)产式中(动—色散角频率为时的介质相”24;:L;对介电常数式中谐振器尺寸。(co)电子极化引起的相对介电常N—正整数;;——。数又微波波长。,—(0)。;100曰匕0南住Z一T102—介质静态相对介电常数即RO3。。;真空介电常数—,.e元电荷为16又10一”C;K38—衬1()z;介质等效核电荷数BM可20—,:。色散角频率单位为ad/s;—,。、介质等效质量单位为kg—:。,从(l)式可见在微波频段为定值不随H‘f/G。,,。,。图1微波介质材料与f的关系频率而变这不同于低频下与频率的关系实,。久际材料的性能也证实了这一点如图1微波在介质体内传输时的波长与它在自:r,。由空间传输时的波长彻有如下关系要使微波介质陶瓷有较高的值从陶瓷,工程学的角度看除了从组成上考虑微观的晶久~彻了百(3),,,,。相类型及组合外在工艺上使晶粒生长充分结。所以越大谐振器尺寸越小对于移动,。。,,。构致密也是提高值的途径电子科大信息材通信设备谐振器越是小型化越有应用价值 1995年4月电子元件与材料、,谐振品质因数Q受介质损耗(tg山)欧姆损a平衡位置的位移单位为m;、,—耗(tg次)辐射损耗(tg戊)这三个因素的影响其:关系式如下一’=tgtgtg行;Q氏+戊+(4),早在1969年Haki曾研究了各种谐振模式,:。的传输特点他指出Q主要由介质损耗决定之。工·,,、必对于微波介质材料tg氏与tg疾可忽略口约与,。tg山成反比关系与了百也成反比关系·彻/tQ、认一彻/tg山了万、g山t夕溉)一,勺((5):。式中认介质品质因数—:。从上式可见实测时可由tg戊估测Q值现。在所有微波介质材料的口值均取tg戊的倒数由于微波介质谐振腔要求tg山小于10一‘量级才、有实,图ZQ与理论曲线用价值所以材料研究中提高Q值是一个重要的课题。(Znl/3:23)彻Ta伪此外,在微波频,段范围内品质因数Q值与:微波频率f有关扩。。。·Q~()/尹()、嵘/夕A123·O:·一嵘/2对(6)色H。工闪Kf、·.,(云n3:g(;山ZTa)0式中动—有功介电常数Sr(U一/;Nb3/。)伪一份(Mslz3NbZ/3)03犷(。;)无功介电常数—,r。材料固有角频率单位为ad/s;TioZ夕—;合材料衰减系数—(Zroosno.2)T一0;f时的角频率,’微波频率为单位为/枷ZTi。认。。rad/s(sr.0)TI一Nd·伪·_JP日0smZo3IST伍。尹rT一02203不同的测试频率有不同的口值在比较同氏O+P以)十Nd助Ti月00,.1一一----二一系列材料的口值时必须换算成同一个频率200300才有可比性。口值与。的理论曲线与实际曲线十分吻图3口与、实际曲线,、。23,合参见图图d离子微位移单位为m;:从固体物理学知道将陶瓷多晶体看作离。—,(a)离子在平衡位置的势能单位为,:—子晶体时势能展开式为J;:,。aj()=(+),(a);平衡位置势能的二次微商.,、_,,、_,,、二_11⋯—,‘a,:a2,:a巧37)拄。’)乃=一(、)‘+’音’(“/+’告L’(、)产’‘+⋯(一一”‘(a)平衡位置势能的三次微商26:,,—,。,式中离子离开平衡位置的位移单位为拉(。当)一0时得出近似简谐振动此时振—,。m;荡在晶格中周期性地传播无衰减和损耗这是,。:(,)尹离子位移为时的势能单位为理想状态J;—实际上,赵(。)并0,晶格内出现各阶非谐振 ..曰ectronmponMaterVol14No2o,,,、一l、、波有衰减产生损耗(用衰减系数,示之)此热合成法solGe法等合成微细超微细纳米,:、、夕瓷粉的方法)高致密成型技术(如热压时品质因数Q值与衰减系数成反比等静、、、·口=(tg八)一’=衅/2可夕(8)压)特种烧结技术(如气氛烧结快速烧结热一’,:,。Z即口cv由此可见夕越大口越小,决等静压烧结)以及热处理技术(如N气氛中退,、、定于晶体结构的一致性与介质体中晶面缺火快速冷处理)等先进工艺用于微波介质陶瓷、、。,。,陷气孔杂质均一隆密切相关的研制取得了良好的效果据报道采用等静,,从陶瓷工艺学看材料只要结构均一高致压成型与热压烧结(或HIP)提高了材料的致密密,晶粒,,,,生长均匀减少杂质和缺陷就能提高性使材料的微波介质损耗得以降低介电常数。Er,Q值;上升使用微细瓷粉提高了材料组成与结构,勺;材料的频率温度系数主要由材料的线胀的均匀性改善了材料的口值和频率温度系数,系数、和介电常数决定研究工作已揭示出三使用微波快速闪烧技术使材料中易挥发成分得,;NZ者的关系到了控制提高了材料组成的一致性在气氛。‘;。一‘z℃=2{阵+勺}(9)中退火处理使材料提高了Q值:,。,、T,、Cock比in认为由于一般陶瓷材料的、均在10同时人们也力图在tg‘的经验公式一‘,:,义10/℃左右介与。呈线性关系上建立微波介质陶瓷的理论体系从微观结构。‘、_,,、耳八上阐述材料微波性能的机理这一方面已有一’o一”/℃a·’。一”/℃、土气介少=万一飞I刃,,、定的成果从微波理论固体物理学陶瓷工程r。。T,4实际材料的与关系见图学等学科的视角上研究微波介质陶瓷是今后的r18〔)orSTIO3理论探索方向。,此外微波技术在海湾战争中显示出的威1400,、力使世界各国注目适用于毫米波亚毫米波技。,。1000/术的高Q值的蕊30的高端材料而且个人通Z/甲O一夕,伪Ti伪信系统(PcN)的日益普及其产业化的需要正。h白Qn曰nU八曰八曰nU使)60的低端材料成为微波陶瓷研究的热。BZNT点r,n;(ZS)Tio,-卜‘、‘ZTi,0目前在微波陶瓷材料研究领域亚须解决尸一0一成盆Jn压02E匕《)TIOZ一SmZO3的课题是:(1)对已有材料的性能要进一步提一NdZ一.R式〕.助住Tj场伽,、、~占;IU一〔)l,10180220260高以满足微波技术向高精尖方向发展(2),r七微波介质材料性能的微观机理尚不十分清楚。,微波介质陶瓷与Tj关系,缺乏理论性的解释和材料研制的理论指导须4微波介质陶瓷材料展望;加强微波陶瓷的理论研究(3)特殊频段(小于,,。,ZGHz大于1ZGHz)上用的新材料尚待开发随着微波技术的不断发展一方面促进了,微波介质陶瓷材料新体系新应用的不断出现;展望微波陶瓷材料的研制其具体目标是,:另一方面也对微波陶瓷材料的性能提出了更获得如下性能的一系列新材料。,、,高的要求要满足这些要求首先是研制出性能1介电常数在10~200之间而且比较稳,,定;更优异的新材料同时采用新工艺新技术来提2、损耗尽可能降低,使谐振品质因数大于高材料在组成与结构方面的均匀性及致密性已。‘成为发挥材料优良性能不可忽视的问题10量级;,,3、’6,近几年来在微波介质陶瓷的研究中国外频率温度系数达到10/℃数量级尽量、。已将超微粉末制备技术(如化学液相共沉法水趋近于0 1995年4月电子元件与材料新领域、新。5性能结束语6,参考文献在向信息化社会加速发展的进程中需要(l)研究高视播广播(HVB)等高频带的应用技沈鸿才.微波介质陶瓷及其应用.压电与声光,1987.(5),乐.,、1。;;(2)个人通信(N)系统将向小型化集成李秀英微波介质陶瓷在微波中的应用压电与声光9术PC:、;(6)40化多功能部件化方向发展(3)为提高通信的.一.,保,沈鸿才微波用新型元件介质陶瓷谐振器压电与声光密性将实现微波设备的数字化因而在微波:1983;51(l),..频带将要求介质谐振器的性能进一步提高希,,高树宏高介电常数微波介质陶瓷磁与瓷通讯1992,望不断研制出新的介质谐振器用优异的微波介(3)18。.一:nltriccOI均一一质陶瓷材料由此可见微波介质陶瓷不仅有着S以hJH妙dielCtantcra而csofTiNa助几.,:,s”tcmJEE1992;29(310)9广阔的应用前景而且尚有许多待开发的材料电解电容器纸的发展现状与展望王白浪陈万平(浙江省遂昌造纸厂遂昌323300),,摘要我国电解电容器纸经过近30年特别是近几年的发展形成了八大系列30多个品,己达到世界先进水平。,种有些通过国内外电解电容器纸发展现状的分析对我国今后电:、、、、解电容器纸的发展提出了建议和展望实事求是发挥优势提高质量增加品种立足国内、面向世界。关键词电解电容器纸现状展望低压用纸中高压用纸品质性能Recentl尧velmentandetofEleetrolytieeitorropProspeCaPaPapeWang助ilang伪engWanPingA理刃1火CrEtrolytiedror阳perofChinal琶”rgone30巧,rtiarrnty。剐污veoPl.〔ntairICca阳undey叨in阳列峨delnd.l劝5forl丫月rnore30varietiesins肥rics,of认lljrintervana川levelAlnsdevCI【ntstateso毗Chha允ca山川national目na州叩讹ofelrolytiedtorrllnaandabr仪目,dePro详玻dsforit‘5furvel叩n祀nt:to澎光ktruthfr侧旧ctca阳阵详of(1wehave阳urede加。的,todevel叩advanta罗s,roimProvequa」jtyu,toincrcaseirrieties,tostan(】石naandtofa沈tourofPredctstheva闻i比幻。W才记KEY叭叨Rl万ctrofytic口阳citorr,s[atusquo,pr佣p犯t,rf仪l一volta罗el。沈.ytic。详Kitors,沉f仪lc脚pe阳详owro脚pn丽dd】e一andl一voltasecleCtroicca阳ci犷,qllalityad”teristichisj[ytorsndrac,1前言电解液是生产铝电解电容器的三大要素直接,影响着铝电解电容器的质量对铝电解电容器电解电容器纸是铝电解电容器吸附电解液。。,,的性能起着决定性作用高性能的电解电容器用的衬垫纸众所周知电解电容器纸铝箔和离,不开高性能的电解电容器纸电解电容器纸:一收稿日期199通1压17