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摘 要

陶瓷填充聚合物材料，具有较低的介质损耗、适中的介电常数等良好的微波介电性能。在微波电路系统中，复合介质材料扮演着介质隔离、介质波导以及介质谐振等重要的角色。因此，它广泛应用于微波介质基板、介质谐振器件、耦合器、滤波器、微波军用雷达罩、介质天线、电视、卫星、介电薄膜等众多领域。

本文系统地从微波介质陶瓷的应用、发展历程、国内外研究现状、制备工艺、介电性能等方面进行了阐述。本文以SrTiO₃/PTFE作为研究对象，制备了50wt%、60wt%、70wt%和80wt%的SrTiO₃/PTFE微波复合介质材料。对不同组成配方的相组成和介电性能的进行研究发现，SrTiO₃/PTFE微波介质复合介质材料满足介电性能要求的最佳配方为：60wt% SrTiO₃、40wt%PTFE。采用TBT偶联剂，8MPa下冷压成型，在350℃下烧结并保温1.5h，可获得介电常数为ε_r=13.25，介电损耗tanδ=4.1×10^-3，品质因数2150，体积密度ρ=2.71g·cm^-3的复合材料。

关键词： 微波复合介质材料、介电性能、烧结制度

Microwave composite preparation and properties of SrTiO₃/PTFE

ABSTRACT

Ceramic-polymer microwave composites have low dielectric loss, moderate dielectric constant etc., which are important for dielectric isolation, dielectric waveguide and dielectric resonator in microwave circuit system. So ceramic-polymer composites are widely used in microwave dielectric substrate, dielectric resonator device, coupler, filter, microwave military radar cover, medium antenna, TV, satellite, dielectric film and many other fields.

This paper systematically introduces the application, history, research process and preparation of polymer-ceramic microwave dielectric composites. SrTiO₃/PTFE composites was prepared by four ratio (50wt%, 60wt%, 70wt% and 80wt%). Research on phase structure and dielectric properties of different composition found that the best formula of SrTiO₃/PTFE microwave composites is: 60wt% TBT treated SrTiO₃, 40wt%PTFE. Cold forming the powder with 8MPa,sintering at 350 ℃, and hold for 1.5h. The obtained dielectric constant is ε_r=13.25, tan δ=4.1x10^-3, Q×f= 2150, ρ =2.71g·cm^-3.

Key words: Microwave dielectric materials; Dielectric properties; sintering schedule

目 录

摘 要 I

ABSTRACT I

1 绪论 1

1.1 前言 1

1.2 微波介质材料的性能指标 1

1.2.1介电常数ε_r 1

1.2.2介电损耗tanδ和品质因数Q×f值 2

1.2.3微波复合介质材料性能影响因素 2

1.3 国内外的研究状况 3

1.4 存在的问题 5

1.5陶瓷/聚合物复合材料的理论模型 5

1.5.1复合材料的介电常数 5

1.5.2 高聚物-陶瓷复合材料的两相模型 6

1.5.3 Maxwell Garnett 模型 6

1.5.4 Lichtenecker equation 6

1.5.5 Smith’s（Jayasundere-Smith equation） 6

1.5.6 Effective Medium Theory (EMT) 6

1.6 SrTiO₃/PTFE微波复合介质材料的组成 7

1.6.1 PTFE 7

1.6.2 SrTiO₃ 7

1.7 本文的研究目的和研究内容 8

2 SrTiO₃/PTFE复合介质材料的制备工艺及性能测试方法 9

2.1 主要实验试剂及设备 9

2.1.1 实验原料 9

2.1.2 实验仪器设备 9

2.2 样品的制备 10

2.2.1 微波介质陶瓷的制备工艺流程 10

2.2.2 填料粉体的偶联剂处理 11

2.2.6 PTFE基微波复合材料的制备工艺 11

2.3 样品的性能表征 13

2.3.1 体积密度 13

2.3.2 高频介电性能 13

2.3.4 X射线衍射(XRD)分析 13

2.3.5 扫描电子显微镜(SEM)分析 13

3 实验结果与讨论 15

3.1改性SrTiO₃/PTFE微波介质复合材料偶联剂选择探究 15

3.2 改性SrTiO₃/PTFE微波介质复合材料的XRD 16

3.3改性SrTiO₃/PTFE微波介质复合材料的形貌 17

3.4改性SrTiO₃/PTFE微波介质复合材料的体积密度分析 18

3.5改性SrTiO₃/PTFE微波介质复合材料的介电性能分析 19

3.6改性SrTiO₃/PTFE微波复合介质材料理论模型分析 20

3.7成型压力对改性SrTiO₃/PTFE微波复合介质材料的影响 21

3.7.1成型压力对介电性能的影响 21

3.7.2成型压力对体积密度的影响 23

3.8 烧结温度对改性SrTiO₃/PTFE微波复合介质材料的影响 23

3.8.1烧结温度对复合材料介电性能的影响 23

3.8.2烧结温度对体积密度的影响 25

3.9保温时间对改性SrTiO₃/PTFE微波复合介质材料的影响 25

3.9.1保温时间复合材料介电性能的影响 25

3.9.2保温时间对体积密度的影响 26

4.总结与讨论 28

参考文献 29

致 谢 31

1 绪论

1.1前言

微波复合介质材料是运用在微波频段电路中作为介质并完成一种或多种功效的材料，用于制造微波频率工作的印刷电路板，复合介质基片为主体组成部分，其上覆盖着铜箔或铜箔及金属板。微波介质复合板在宽频内的介电性能优良，可以达到多种频段的应用条件，并且可以适应电子器件向着小型化，轻量化、高性能化和多功能化发展的要求。现在，它已被广泛应用于各个类型的民用乃至军用电子设备的收发天线，馈线电路，电源电路中^[1]。

目前市场所需求的微波复合介质材料，介电性能优秀、力学性能良好并且便于加工。由于一般陶瓷填料具有较大介电常数和介质损耗，而聚合物具有较小的介电常数和很小的介质损耗，所以，我们可以选用合适的聚合物为基体，选择恰当的填料和制备工艺，通过聚合物与填料的复合来不断尝试提高介电常数，降低介质损耗，以此，我们可以获得合适的满足各个领域应用要求的聚合物基微波复合材料^[2]。

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