Bi基微波介質(zhì)材料的開發(fā)和研究.pdf

1、微波介質(zhì)陶瓷(MWDC)是近年來國際上對電介質(zhì)材料研究的一個新動向，是微波移動通信發(fā)展的迫切需求。盡管現(xiàn)有的微波材料體系微波介電性能十分優(yōu)異，但由于燒結(jié)溫度過高，無法同片式多層微波器件的內(nèi)電極漿料共燒，大大限制了微波器件小型化和集成化發(fā)展。因而，研究開發(fā)一種適用于片式多層微波器件用的低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)材料體系，是一個非常重要的課題。本文采用固相反應(yīng)法制備Bi基陶瓷，通過對材料組分-結(jié)構(gòu)-性能研究，獲得了介電常數(shù)系列化的Bi基低

2、溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)材料。本文運用SEM、X衍射技術(shù)、熱分析等分析手段，對BiNbO4基材料的結(jié)構(gòu)和性能進行了表征和研究。發(fā)現(xiàn)純BiNbO4雖然無法成瓷，但是CuO、V2O5等添加后均可使樣品在1000℃的低溫下獲得致密的微觀形貌和較好的微波性能；在研究了工藝過程、CuO和V2O5以及聯(lián)合添加對材料燒結(jié)特性、結(jié)構(gòu)和性能影響的基礎(chǔ)上，優(yōu)化出介電常數(shù)為43的微波介質(zhì)材料。通過分析國內(nèi)外關(guān)于BZN三元體系介質(zhì)材料和微波介電性能研究基礎(chǔ)，

3、首次制備出BZN系材料中Qf值高達3500的材料；以此材料為基礎(chǔ)配方，通過研究A位離子、B位離子置換取代對于材料結(jié)構(gòu)和性能的影響，設(shè)計優(yōu)化并制備出介電常數(shù)為60～65的微波介質(zhì)材料。該材料是目前關(guān)于介電常數(shù)為60～65的Bi基介質(zhì)材料中Qf值最高的體系。通過對已經(jīng)研究開發(fā)的CG組BZN基MLCC材料結(jié)構(gòu)和微波性能的研究分析，優(yōu)化出介電常數(shù)大于90的微波介質(zhì)材料，該材料可以在925℃溫度下燒結(jié)。利用此材料可以制作出中心頻率為

4、2.5GHz，Q值高達250的片式多層諧振器，為Bi基微波介質(zhì)材料的實用化研究奠定了基礎(chǔ)。在系列化材料的研究開發(fā)過程中，發(fā)現(xiàn)了α-BCdN相材料具有162的高介電常數(shù)和1200的高Qf值，是目前國內(nèi)外研究報道的具有較高Qf值的低溫?zé)Y(jié)材料中介電常數(shù)最高的材料體系。因此，有望在Bi基材料中獲得更高介電常數(shù)的低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)。結(jié)合Bi基介質(zhì)材料的介電溫譜的研究，發(fā)現(xiàn)介電弛豫現(xiàn)象是許多Bi基介質(zhì)材料的溫譜特征。進一步的研究表明，

5、低頻低溫下松弛極化的存在導(dǎo)致了介質(zhì)材料具有較大的微波損耗，因而低頻低溫下是否具有松弛極化可以作為判斷材料能否作為微波介質(zhì)材料的必要條件。它對于快速篩選Bi基微波介質(zhì)材料的基礎(chǔ)配方、加快Bi基微波介質(zhì)材料的研究開發(fā)具有非常重要的意義。介電弛豫的存在也解釋了CuO添加過程中介電常數(shù)溫度系數(shù)急劇增加的實驗現(xiàn)象；同時可以揭示低對稱相的材料反而比高對稱性的材料更容易獲得高Q值的原因。本文在Bi基材料組份-結(jié)構(gòu)-性能之間關(guān)系詳細研究的基