文 献 综 述

摘要：微波介质陶瓷是应用于微波频段的电器元件的关键基础性材料，按介电常数的大小可分为低介电常数微波介质陶瓷（低介）、中介电常数微波介质陶瓷（中介）以及高介电常数微波介质陶瓷（高介）。本文主要介绍了几种钙钛矿结构中等介电常数微波介质陶瓷的制备方法及性能，并重点论述了共沉淀法，同时结合本课题对中等介电常数微波介质陶瓷材料的发展趋势做了相应的展望。

关键词:微波介质陶瓷 介电性能 CaTiO3 SmAlO3 共沉淀法

1、引言

在现代社会信息化的时代背景下，通信行业的发展备受瞩目，移动通信系统开始向高频化、小型化、集成化、高可靠性方向发展[1]，尤其是可直接使用微波（300MHz-300GHz频段的电磁波)作为介质进行的微波通信，作为无线通信的一种，由于其具有信息容量大、信号质量好、可进行远程传输、不需要固体介质、具有信息保密性等优点，进而成为当下最主要的通信手段。微波介电陶瓷材料是微波通信元件最基本的功能材料，具有性能稳定、易于合成、易于集成化、成本相对低廉等优点，在微波通信中占据着重要的地位，可以作为滤波器、谐振器等核心微波元器件，成为当下国内外关于微波介电材料研究领域的一个热点方向。微波介电陶瓷材料的性能表征参数主要有三个：相对介电常数εr、品质因数Q#215;f以及谐振频率温度系数τf。性能优异的微波介电陶瓷材料应具有合适的相对介电常数、高的品质因数以及接近于零的频率温度系数。高的品质因数意味着在微波频段下介质损耗较低，有利于提高微波元器件的质量以及延长其使用寿命[2]。在理论上，可实现微型化的微波陶瓷材料中，具有钙钛矿结构的陶瓷材料总体上最具有发展潜质。其中CaTiO3-Li0.5RE0.5TiO3(RE= Sm, Nd)，Ca1-xRe2x/3TiO3-Li1/2Ln1/2TiO3(Re=Sm、Nd、La; Ln = Sm、Nd)体系表现出较高的介电常数[3-4]，但可惜的是，虽然这些材料的谐振频率温度系数(τf)接近零，但Q#215;f值却大幅度降低(2000~7500GHz)，这就难以满足高端通讯电子器件对微波介质陶瓷介电性能的高要求。在改善微波介质陶瓷材料的介电性能方面，国内外进行了大量研究，主要从掺杂、改进粉体制备方法，优化粉体性能等方面进行，取得了很大的进展，为微波介质陶瓷的实际运用开辟了更多的路径。

目前陶瓷粉体的制备方法主要有固相法和湿化学法。固相法由于采用机械手段的混合方法而无法消除原料微观分布不均匀，使得扩散过程难以顺利进行，原料难以充分反应而得不到高纯的目的相，且容易引入一些杂质，从而危害到材料的介电性能，此外，机械细化也难以制得粒度达到1μm以下的粉体，从而使得粉体的活性较差，导致陶瓷的烧结温度较高[5]，制备周期长、能耗大。针对固相反应法的以上缺点发展出的湿化学法，主要有熔盐法、溶胶-凝胶法、水热法以及共沉淀法。

2 微波介质陶瓷概述

2.1微波介质陶瓷的发展

早在1939年就已经有报道将介质陶瓷应用在微波领域，这从理论上证明了在介质谐振器的微波电路中运用电介质的可能性。20世纪60年代开始，进一步对微波介质性能进行了更为广泛的研究。60年代末人们开始利用TiO2设计出微波滤波器。微波介质陶瓷材料的大规模开发始于70年代。20世纪70年代，Raytheon首次研制成功Ba-TiO2系统温度稳定性好、损耗低的微波介质。1971年日本NHK Kanishi报告了利用正、负温度系数材料组合成温度稳定的介质谐振器，1975年美国贝尔实验室报告进一步改进Ba-TiO2系统的微波介质材料，1977年日本村田研制出(Zr-Sn)TiO4系统的微波介质材料，它具有高Q值和小频率温度系数，使微波介质材料走上实用阶段[6]。此后，德国、法国等欧洲国家也不断在微波介质材料领域展开研究[7]。而我国对微波介电陶瓷的研究则起步较晚，基本上都是在重复和追踪国外的研究成果。80年代开始，研究了BaTiO3体系微波介质陶瓷的介电性能，90年代研究了BaTiO3-Sm2O3、Ba（Ta2/3，Zn1/3）O3、BaTiO3-La2O3、Ba（Ta2/3，Mg1/3）O3等体系的微波介质陶瓷。21世纪我国在研究高性能微波介质陶瓷方面发展很快，其中一些体系已经达到了世界先进水平。目前，微波介质陶瓷领域的研究热点主要有以下几个方面：传统微波介质陶瓷的低温烧结以及中低温烧结微波介质陶瓷新体系的开发；高介电常数微波介质新体系探索；微波介质陶瓷低损耗的极限与超低损耗等。

2.2 微波介质陶瓷材料的分类

根据介电常数εr的大小与使用频段的不同，可将微波介质陶瓷分为三种类型:

(1).低介电常数εr、高Q值的微波介质陶瓷材料