微波介质陶瓷及器件研究进展
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功能陶瓷材料的制备与研究进展摘要:该文重点介绍了三种功能陶瓷的发展和制备情况,并针对我国功能陶瓷的研究存在的问题提出应对方法,以期为我国未来功能陶瓷的研究提供参考。
关键词:功能陶瓷制备研究功能陶瓷自20世纪30年代发展以来,经历了电介质陶瓷到高温超导陶瓷的发展历程,目前功能陶瓷在计算机技术、微电子技术、光电子技术等领域应用广泛,成为推动我国科技发展的重要功能性材料。
1 功能陶瓷情况介绍1.1 微波介质陶瓷微波介质陶瓷主要应用于现代通讯设备中,尤其在介质天线、滤波器、谐振器等设备中发挥着至关重要的作用。
在现代通讯技术影响下,我国十分重视微波介质陶瓷的研究和发展。
微波介质陶瓷研究对其基本要求如下。
为了实现微波元器件小型化发展要求,在使用的微波波段中微波介质陶瓷介电常数ε应尽可能的大;为了保证较好的通讯质量和良好的滤波性质,微波介质陶瓷的品质因数Q应尽可能的小;应保证谐振频率的温度系数可调节或者最大限度的小。
除此之外,还应充分分析微波介质陶瓷的绝缘电阻、传热系数等参数。
目前对微波介质陶瓷的研究、开发主要集中在以下方面。
首先,高品质因数和低介电常数的微波介质陶瓷,这类材料主要以BaO-ZnO-Nb2O5、BaO-ZnO-Ta2O5、BaO-MgO-Ta2O5或者它们之间的复合材料为代表。
当满足f≥10?GHz,Q=(1-3)×104,ε=25-30,谐振温度系数几乎为零时,可广泛应用于毫米、厘米波段的卫星直播通信系统中。
其次,中等的Q和ε微波介质陶瓷,其组成材料主要有Ba2TiO20、(Zr,Sn)TiO4以及BaTi4O9等。
当满足f≤3-4?GHz,Q=(6-9)×104,ε≈40,谐振温度系数小于等于5×10-6/℃,可作为微波军用雷达通信系统的重要器件。
最后,低Q和高ε微波介质陶瓷,以BaO、TiO2、Ln2O3为主要组成材料,该类陶瓷在目前微波介质陶瓷研究中受到人们的广泛关注。
LNT微波介质材料的研究进展作者:郭震李蔚曾群王霞来源:《佛山陶瓷》2009年第07期摘要本文综述了LNT微波介质材料的研究进展,概括介绍了M相LNT材料、Li2TiO3ss 相LNT材料及LNT复合材料的结构、介电性能及低温烧结工艺,并对该材料的未来发展作了一些展望。
关键词LNT,微波介质材料,研究进展1引言微波介质材料是自二十世纪70年代迅速发展起来的一类新型功能电子陶瓷,具有介电常数高、损耗低、频率温度系数小等特点,可用于制造介质谐振器、滤波器、介质天线、稳频振荡器等元器件,广泛应用于通信、雷达、导航等领域,是一种极有应用价值和发展潜力的新型材料[1-2]。
近些年来,随着现代移动通讯设备不断朝着微型化、集成化、高可靠性和低成本、片式化、环保的方向发展,对作为微波元器件基础材料的微波介质材料也提出了更高的要求,能与环保型的低熔点金属Cu、Ag或Cu/Ag合金共烧的微波介质陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic,简称LTCC)成为微波介质材料发展的主流[3-4]。
作为LTCC材料,除了要求具有优异的微波介电性能(合适的介电常数、低的介电损耗与小的谐振频率温度系数)之外,还要求材料具有低的烧结温度,要求材料最好能在900℃左右的温度烧结致密,以便能很好地与高导电率的铜或银金属内电极共烧。
但是,目前大多数微波介质陶瓷(如BaTi4O9、Ba2Ti9O20、(Zn,Sn)TiO4以及(Pb,Ca)(Zr,Ti)O3等)的烧结温度都比较高,一般都在1300℃以上,有的甚至高达1500~1600℃,远远高于Cu及Ag的熔点(1064℃及961℃),无法满足低温共烧的要求。
为了降低微波介质陶瓷材料的烧结温度,目前一般采用的方法有三种:一是在已有的材料中添加一定量的低熔点氧化物或玻璃如B2O3、V2O5等[5-6];二是采用化学合成法等先进制粉方法制备烧结活性高的超细或纳米粉体[7-10];三是寻找新的固有烧结温度低的材料。
第36卷第5期电子元件与材料V ol.36 No.5 2017年5月ELECTRONIC COMPONENTS AND MATERIALS May 2017综述AB 2O4型尖晶石结构微波介质陶瓷研究进展方亮1,2,李威1,2,闻望喜2,孙宜华2,李纯纯1,3(1. 桂林理工大学材料科学与工程学院,广西有色金属及特色材料加工省部共建国家重点实验室培育基地,广西桂林541000;2. 三峡大学材料与化工学院,湖北宜昌443000;3. 桂林理工大学信息科学与工程学院,广西桂林541000)摘要: A n B2n O4n(n = 1,2,3)系列尖晶石陶瓷普遍具有高的品质因数、可调的介电常数和谐振频率温度系数,并与Ag电极具有良好的化学共容性,是极有可能应用在低温共烧陶瓷上的一类微波介质陶瓷。
介绍了尖晶石陶瓷的晶体结构,总结了不同n取值陶瓷的微波介电性能及其调控,讨论了Li元素进入尖晶石晶格后离子分布的演变,并重点讨论Li基尖晶石陶瓷的烧结温度和微波介电性能,以及离子取代对其性能的调节。
另外,还尝试改变一些代表性陶瓷的成分以获得更好的综合微波介电性能。
具体的方法包括形成固溶体和第二相,以及非化学计量比调节。
最后,对Li基尖晶石结构微波介质陶瓷工业化应用进行了展望。
关键词: 微波介质陶瓷;A n B2n O4n;综述;尖晶石结构;低温共烧陶瓷;调整doi: 10.14106/ki.1001-2028.2017.05.001中图分类号: TM28 文献标识码:A 文章编号:1001-2028(2017)05-0001-05Research progress on AB2O4-type spinel microwave dielectricceramicsFANG Liang1, 2, LI Wei1,2, WEN Wangxi2, SUN Yihua2, LI Chunchun1,3(1. State Key Laboratory Breeding Base of Nonferrous Metals and Specific Materials Processing, College of MaterialScience and Engineering, Guilin University of Technology, Guilin 541000, Guangxi Zhuang Autononmous Region,China; 2. College of Materials and Chemical Engineering, Three Gorges University, Yichang 443000, Hubei Province,China; 3. College of Information Science and Engineering, Guilin University of Technology, Guilin 541000, GuangxiZhuang Autononmous Region, China)Abstract: A n B2n O4n(n = 1, 2, 3) spinel ceramics are good microwave dielectric materials with high quality factor, tunable permittivity and temperature coefficient of resonance frequency, and chemical compatibility with silver, which makes them potential candidates for low temperature co-fired ceramic (LTCC) application. The crystal structure of spinel ceramics is introduced and the microwave dielectric properties of spinel ceramics with different n values are summarized.The evolution of cation distributions is discussed as Li element is introduced into the spinel lattice, and it is focused on the sintering temperature (S.T.) and microwave dielectric properties of Li-based spinel ceramics and their properties adjustment by the ion substitution. Furthermore, the components of some candidates are modified to achieve better combination of microwave dielectric properties. The specific methods include formation of solid solution and second phase, and non-stoichiometric adjustment. In the end, the possibility of Li-based spinel ceramics is evaluated for practical application.Key words: microwave dielectric ceramics; A n B2n O4n; review; spinel structure; low temperature co-fired ceramic;adjustment微波介质陶瓷是指应用在微波频段(300 MHz~30 GHz)作为介质材料并完成一种或多种功能收稿日期:2017-03-09 通讯作者:李纯纯基金项目:国家自然科学基金资助项目(No. 21261007; 21561008; 51502047);广西自然科学基金资助项目(No. 2015GXNSFBA139234;2015GXNSFFA139003; 2016GXNSFAA380018);广西北部湾经济区科技园区创新创业人才培育建设项目(No. 2015-09)作者简介:方亮(1970-),男,湖北宜昌人,教授,博士,研究方向为有色金属氧化物功能材料与器件,E-mail: fanglianggl001@ ;李威(1990-),男,湖北宜昌人,研究生,研究方向为微波介质陶瓷,E-mail: 386085783@ ;李纯纯(1987-),男,山东潍坊人,副研究员,博士,研究方向为电介质功能材料与器件,E-mail: lichunchun2003@ 。
低介电常数微波介质陶瓷研究进展摘要:当前,电子元件正在向小型化、片式化、集成化方向发展,使得低温共烧陶瓷(Low-temperaturecofiredceramic,LTCC)技术越来越引起人们的关注。
目前,新一代基于LTCC技术的电子元件已经成为当前主流的电子元件,而该技术要求微波介质陶瓷能够与高电导率的银、铜等电极材料实现低温共烧。
然而,大多数性能优异的微波介质陶瓷的烧结温度都比较高,难以达到与金属电极低温共烧的要求。
为了降低其烧结温度,通常在基体中加入一定量低熔点的烧结助剂,但过多的烧结助剂往往会引起材料介电性能劣化。
因此,探索新型固有烧结温度低的微波介质陶瓷仍将是研究微波介质陶瓷材料领域的一个热点方向。
高频化是微波元器件发展的必然趋势,随着通讯设备工作频率向毫米波段拓展,信号延迟问题会变得更加突出,因此,对作为通讯设备关键材料的微波介质陶瓷性能参数提出了更高的要求。
与中、高介电常数材料相比,低介电常数材料能够降低基板与金属电极间的交互耦合损耗,缩短芯片间信号传播的延迟时间。
关键词:低介电常数;微波介质;陶瓷研究1钨酸盐体系目前对钨酸盐低介电常数微波介质陶瓷的研究主要集中在AWO4(A=Mg、Mn、Zn、Ca、Sr、Ba、Cd)体系上,其晶体结构与A2+的半径有关。
当A2+的半径较大时(如Ca、Ba、Sr),易形成四方相白钨矿结构,空间点群为I41/a;当A2+的半径较小时(如Mg、Zn、Mn、Cd),则会形成单斜相黑钨矿结构,空间点群为P2/c。
1988年,Nishigaki等[8]研究WO3对BaO-4TiO2陶瓷微波介电性能影响时,发现掺杂少量WO3显著提高了陶瓷的品质因数,这是因为形成了BaWO4第二相。
随后,他们以Ba-CO3和WO3粉末为原料于1200℃制备出BaWO4单相陶瓷,并首次报道其微波介电性能:εr=8.2,Q×f=18000GHz,τf=-33×10-6/℃。
2024年微波介质陶瓷元器件市场分析现状简介微波介质陶瓷元器件是一种在微波频段广泛应用的陶瓷材料,具有优异的电磁性能和稳定性。
在无线通信、雷达、卫星通信等高频电子设备中,微波介质陶瓷元器件扮演着重要角色。
本文将对微波介质陶瓷元器件市场进行分析,探讨其现状和未来发展趋势。
市场规模与增长近年来,随着移动通信技术的迅猛发展,微波介质陶瓷元器件市场经历了快速增长。
根据市场研究机构的数据,2019年全球微波介质陶瓷元器件市场规模约为100亿美元,并且预计在未来几年还将保持稳定增长。
亚太地区是微波介质陶瓷元器件市场的主要消费地,占据了全球市场份额的40%以上。
而中国作为全球最大的电子制造基地,也是微波介质陶瓷元器件的重要生产和消费国家。
主要应用领域微波介质陶瓷元器件广泛应用于各种高频电子设备中,主要涵盖以下几个领域:1. 通信设备移动通信基站、卫星通信设备、光纤通信等领域需要使用到微波介质陶瓷元器件来实现高速无线通信。
2. 雷达系统雷达是军事和民用领域中广泛应用的高频信号探测系统,微波介质陶瓷元器件在雷达的发射和接收过程中起到关键作用。
3. 医疗设备医疗设备中的高频诊断仪器、医疗雷达等都需要使用到微波介质陶瓷元器件以实现高精度的信号传输和接收。
4. 卫星导航系统卫星导航系统中的微波天线、天线驱动器等关键部件都离不开微波介质陶瓷元器件的支持。
市场竞争格局微波介质陶瓷元器件市场竞争激烈,主要由一些国际知名企业和本土企业共同组成。
主要竞争者包括美国的Kyocera、日本的村田制作所、中国的三安光电等。
这些企业凭借其技术实力、品牌优势和规模效应,占据了市场的主要份额。
此外,行业内还存在一些中小型企业,它们通过专业化定制、柔性供应等方式保持着一定的市场份额。
市场机遇与挑战微波介质陶瓷元器件市场未来发展充满机遇和挑战。
一方面,随着5G通信技术的快速普及和升级,对微波介质陶瓷元器件的需求将进一步增加。
另一方面,新兴技术如物联网、车联网等的兴起也将为微波介质陶瓷元器件带来新的市场机遇。