中國粉體網(wǎng)訊  微波介質(zhì)陶瓷（MWDC）是應用于微波頻段電路中作為介質(zhì)材料（主要是UHF、SHF頻段，300MHz~300GHz頻段波長介于0.1mm-1m的電磁波）并完成一種或多種功能的新型陶瓷材料。適于制作現(xiàn)代各種微波器件，如電子對抗、導航、通訊、雷達、家用衛(wèi)星直播電視接收機和移動電話等設備中的穩(wěn)頻振蕩器、濾波器和鑒頻器，能滿足微波電路小型化、集成化、高可靠性和低成本的要求。

微波介質(zhì)陶瓷的發(fā)展

微波介質(zhì)陶瓷屬于近三十年來發(fā)展起來的電子功能陶瓷。1939年首次報道作為介質(zhì)諧振器使用的微波介質(zhì)陶瓷是TiO2 (金紅石)，但是由于當時的微波介質(zhì)諧振器小型化的社會需求并不迫切，以至于實物的發(fā)展跟不上市場需求導致其不受重視，發(fā)展緩慢。直到60年代才開始盛行對微波介質(zhì)特性的研究，出現(xiàn)了從開發(fā)評價材料性能參數(shù)的方法到設計利用TiO2瓷的微波濾波器，研究逐步走向正軌，到70年代大規(guī)模開發(fā)工作開始，當時美國日本幾乎同時段開展這項工作，由美國最先研制出BaO-TiO2系陶瓷，自此微波介質(zhì)陶瓷材料達到了實用階段。我國直到80年代初才開始對微波介質(zhì)陶瓷材料進行研究，且因材料、工藝水平不足，測評困難等原因整體式重復追蹤著國外的研究工作，研發(fā)應用水平都遠遠不能滿足國內(nèi)微波通訊技術發(fā)展的需求，直到90年代才有所好轉(zhuǎn)。

微波介質(zhì)陶瓷的分類

微波介質(zhì)陶瓷按其介電性能的不同，即介電常數(shù)的大小來劃分，可分為以下五類:

(1)低介電常數(shù)類:屬于最早研究應用的微波介質(zhì)陶瓷，介電常數(shù)ε一般小于20，其Q.f值很高，主要應用于微波基板以及高端微波元器件。

(2)超低介電損耗類:在厘米、毫米波段使用的衛(wèi)星通訊以及軍事應用等通信系統(tǒng)要求節(jié)點材料在微波頻率高頻段(如10GHz) 具有特別高的Q值，即特別低的介電損耗。

(3) 中介電常數(shù)類:指介電常數(shù)ε介于30~70之間的微波介質(zhì)陶瓷，主要應用于衛(wèi)星通訊以及移動通訊基站。

(4)高介電常數(shù)類:由于高介電常數(shù)可以大幅度減小微波通信器件的尺寸，所以此類高介電常數(shù)的微波介質(zhì)陶瓷是研究最為廣泛的一種。

(5)頻率捷變微波介質(zhì)陶瓷:該種陶瓷屬于相應微電子行業(yè)的迅速發(fā)展和軍事應用發(fā)展起來的，產(chǎn)品要求具有高調(diào)諧率、低介電損耗、良好的溫度穩(wěn)定性等，應用于移相器、延遲線、混合器、動態(tài)隨機存儲器以及鐵電存儲器等器件。

微波介質(zhì)陶瓷的制備技術

1、粉末制備技術

微波介質(zhì)陶瓷粉末通常采用的是固相反應法合成，即將多種氧化物粉料混合、煅燒，經(jīng)過機械研磨獲得粉體，具有設備、工藝簡單、易于工業(yè)化生產(chǎn)的優(yōu)點。缺點在于此法難以獲取高純度的物相，且不能確保粉體成分分布的均勻性。此外，制備的粉體粒徑較大，反應活性較差還容易導致燒結(jié)溫度變高。

為避免傳統(tǒng)固相反應法的不足，出現(xiàn)了溶膠-凝膠法、熔鹽法、水熱法、共沉淀法、微乳液法等方法。

①溶膠-凝膠法（Sol-gel）：指金屬有機或無機化合物經(jīng)過溶膠-凝膠化、干燥和煅燒形成氧化物或其他固體化合物的方法。

優(yōu)點：相比固相法具有較低的陶瓷粉末合成溫度和陶瓷燒結(jié)溫度，避免了機械研磨過程引入雜質(zhì)，且組分混合均勻。

缺點：制粉成本較高，工藝復雜。此法在何種條件下能促進陶瓷的致密化，改善材料的纖維組織，從而提高其微博介電性能，還有待進一步研究。

②熔鹽法：指通過在常規(guī)固相反應中引入低熔點鹽作為助溶劑來合成物質(zhì)的一種新方法。低熔點鹽的引入導致合成過程中有液相出現(xiàn)，很大程度上加快了離子的擴散速率。

優(yōu)點：工藝簡單、粉末合成溫度低、保溫時間短、合成粉體的化學成分均勻、產(chǎn)物的形貌易控制。

缺點：燒結(jié)過程中熔鹽的揮發(fā)容易對爐體造成污染，同時該法制備的微波介質(zhì)陶瓷的介電性能普遍較低，原因尚需進一步研究。

③水熱法：基本原理是把在常溫常壓下不易被氧化的物質(zhì)，以水溶液作為介質(zhì)在密封的壓力容器中進行材料合成，粉體的形成經(jīng)歷了一個溶解-結(jié)晶過程。

優(yōu)點：近幾年發(fā)展起來的最合適規(guī)模生產(chǎn)陶瓷粉末的濕化學制備方法。

缺點：因陶瓷粉末的合成反應難以反應完全，殘留的雜相會使材料的微波介電性能急劇下降，改進方法還有待研究。

④共沉淀法：是利用各種組分元素的可溶性金屬鹽類，按一定比例匹配制成溶液，然后加入合適的沉淀劑，各類金屬離子形成均勻沉淀，通過調(diào)節(jié)溶液的濃度和pH值等來控制沉淀粉末的性能，將沉淀物煅燒得到組分均勻的氧化物混合體。

優(yōu)點：與傳統(tǒng)方法相比工藝簡單，粉末成分均勻，且顆粒細小。此法制備微波介質(zhì)陶瓷不僅能得到納米尺寸的陶瓷粉末，降低材料的燒結(jié)溫度，同時材料還保持了較好的微波介電性能，發(fā)展前景較好。

缺點：此法制得的粉末容易發(fā)生團聚，這會使粉末的燒結(jié)性能降低。

⑤微乳液法：是將反應物溶液在油類相、表面活性劑和表面活性劑的作用下形成熱力穩(wěn)定、各相同性、外觀透明或半透明的分散體系。其中每個被表面活化劑和油類相包裹的液珠都是一個反應微胞團，然后將生成的納米顆粒從乳液狀中分離、清洗、干燥后即可得到細小均勻的粉末。

優(yōu)點：采用該法能有效降低粉末的合成溫度和陶瓷燒結(jié)溫度，同時材料的微波介電性能變化不大。

缺點：由于需要使均勻分散在連續(xù)油相中的水相維持熱力學穩(wěn)定，導致該法工藝比較復雜，限制了其應用。

2、燒結(jié)技術

①常壓固相燒結(jié):是在大氣條件下將坯體燒結(jié)的過程，是制備微波介質(zhì)陶瓷最常使用的一種方法。

②微波燒結(jié):具有加熱速度快、溫度場均勻、燒結(jié)時間短、高效節(jié)能等優(yōu)點，能顯著改善材料的顯微組織，有利于微波介電性能的提高。

③放電等離子燒結(jié):通過承壓導電模具加.上可控脈沖電流對粉末進行燒結(jié)。該技術利用加熱和表面活化實現(xiàn)材料的超快速致密化燒結(jié)，且所得燒結(jié)晶粒均勻,致密度，可廣泛用于磁性材料、功能梯度材料、納米陶瓷、纖維增強陶瓷和金屬間化合物等一系列新型材料的燒結(jié)。

④反應燒結(jié):指初始粉末間的化學反應和材料的致密化在同一加熱過程中完成的一種燒結(jié)方法。該法無需常規(guī)方法中的預燒階段，是獲得高致密陶瓷的一種簡單有效的方法。

3、燒結(jié)助劑

難以燒結(jié)致密或要求低溫燒結(jié)的陶瓷體系，通常需要添加低熔點的氧化物或玻璃相等燒結(jié)助劑。燒結(jié)助劑在燒結(jié)過程中可以形成液相加速傳質(zhì)，可改善陶瓷的燒結(jié)特性。但燒結(jié)助劑在燒結(jié)后往往在晶界富集、易使晶粒表層產(chǎn)生化學計量比偏離等晶格缺陷,并且還可能與基體反應生成第二相。此外，有些添加劑所含多價態(tài)離子在燒結(jié)過程中會產(chǎn)生變價，導致氧空位濃度改變，從而影響材料的微波介電性能。因此，選擇合適的燒結(jié)助劑十分重要。

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/Betty）

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