一：文献综述

1. 简介

早在1939年，在微波传输理论中就提出了介质陶瓷材料的应用，奠定了其发展的基础，上世纪60年代后，微波陶瓷进入了实用化发展阶段，美国、日本等分别研制出了不同体系的介质材料。我国在该领域的研究始于上世纪80年代，以跟踪国外的研究工作为主。上世纪90年代后，微波介质陶瓷的研究得到了国家的重视，其研究项目被列入国家863计划，在产业化方面有所突破，部分微波介质陶瓷已经实现了产业化。ZST是钛酸盐陶瓷中性能优异、应用较广的一类材料。上世纪70年代后期，日本首先研制出介电常数εr为36.8-38.9的（Zr，Sn)TiO4，系R-04c介质材料，它在7GHz下无载Q值大于6300，温度系数τf约为0，这是当时介质材料领域的一个重大突破。随着微波通信技术的飞速发展，微波介质陶瓷目前已广泛应用在微波电路中。

为适应微波电路的集成化、小型化、高可靠性和低成本发展，与一般的陶瓷材料相比，微波介质陶瓷具有如下性能特征[1]:(1)在微波频段下，有较高的且稳定的介电常数εr，以实现器件体积微小化；(2)尽可能高的品质因数Q，以保证其介质损耗尽可能的小；(3)低的谐振频率温度系数τf，以保证材料的频率稳定性。不同使用频率对介质陶瓷的性能参数有不同要求，依据应用频段，介质陶瓷大致可分为高端(8～18GHz)，中端(4～8GHz)和低端(0.8-4GHz)。(Zr1-xSnx)TiO4系列微波介质陶瓷原材料来源广，介电常数适中，Q值高，温度稳定性好，广泛用于各种介质谐振器和滤波器中[2]。其主晶相是以斜方晶ZrTiO4为基础的(Zr，Sn)TiO4固溶体，当xlt;0.3时，形成的是单晶(Zr1-xSnx)TiO4，其中尤以x=0.2时，即(Zr0.8Sn0.2)TiO4(以下简写ZST)材料微波性能最好，εr=37，Q=7000（f=7GHz）τf=15#215;10-6℃-1。 ZST陶瓷的烧结温度偏高，如在传统的电热烧结中，其烧成温度高达1380℃[3]。通过添加低熔点玻璃或氧化物进行掺杂改性，可在一定程度上降低烧成温度，但大多数ZST系列陶瓷的烧结温度仍不低于1300℃，大量第二相的引入，还会降低ZST陶瓷的介电性能[4]。在满足材料优良使用性能的前提下，如何改进烧结过程，提高ZST陶瓷材料的性能已经成为微波介质陶瓷研究的热点之一[5]。

2. ZST微波介质陶瓷的制备工艺

早期的(Zr，Sn)TiO，系陶瓷通过固相反应，由ZrO2、SnO2、TiO2在约1700℃的高温下烧成。随着移动通讯和信息技术的飞速发展，低温烧结日益成为微波介质陶瓷材料研究的一个重要方向。从新型元器件和组装技术来看，微波元器件的片式化、集成化是必然的趋势。这就要求微波介质材料能与高电导率的金属如Pt、Pd、Au、cu、Ag等共烧，从经济和环保角度考虑，使用熔点较低的Ag(961℃)或Cu(1064℃)等金属作为电极材料最为理想，因此必须实现介质陶瓷的低温烧结[6-7]。微波介质陶瓷材料的低温烧结可归纳为三个方面： 对于ZST系微波介质陶瓷而言，问题主要集中在采用怎样的手段来降低烧结温度并保证εr、Qf、τf值满足介质材料的应用要求。

2.1粉末制备工艺

2.1.1固相反应法

该法是生产微波介质陶瓷粉末常用的方法，使用高纯度的ZrO2、SnO2、TiO2原料(组成为wt%，TiO2:28-43%，ZrO2:28-43%，SnO2:28-43%)为主要成分，添加ZnO、CuO等添加剂，按设定组成配比，湿磨混料、烘干脱水制得混合粉料，l050℃预烧，即可得粉料。王国庆等[8]研究了预烧工艺对(Zr0.8Sn0.2)TiO4系统陶瓷材料介电性能的影响，发现预烧温度对介电常数εr影响不大，但预烧温度过高或过低会使介电损耗tanδ增大。XRD分析表明。在1100℃预烧，1150℃烧结的该系统主晶相是(Zr0.8Sn0.2)TiO4，该系统具有优良的介电性能(1MHz):ε≈38，tanδ≤10-4，体电阻率ρv≥1013#183;cm，温度系数τf=0#177;30#215;10-6/℃。

2.1.2溶胶-凝胶(Sol-Ge1)法