江苏科技大学 材料科学与工程学院, 江苏 镇江 212000
以分析纯的BaCO3、ZrO2、B2O3为原料, 采用传统固相法制备了添加x%B2O3(质量分数x=0.5~5.0)的BaZrO3微波介质陶瓷。运用扫描电子显微镜、矢量网络分析仪和X线衍射仪等实验手段研究了不同B2O3添加量对BaZrO3陶瓷微观结构、相组成及微波介电性能的影响。结果表明, 随着B2O3添加量的增加, 材料致密烧结温度降低, 介电常数减小, 介电损耗降低。当B2O3添加量超过1%时, 有BaZr(BO3)2相析出。在B2O3添加量为3%,烧结温度为1 300 ℃时, BaZrO3陶瓷获得优异的微波介电性能: 介电常数εr=33.02,品质因数与频率之积Q×f=32 761 GHz, 谐振频率温度系数τf=+152×10-6/℃。
介电性能 微波介质陶瓷 低温烧结 dielectric properties BaZrO3 BaZrO3 microwave dielectric ceramics low temperature sintering
安徽建筑大学材料与化学工程学院，合肥 2030601
随着当下5G和6G技术的高速发展，开发出具有适中的介电常数，较高的品质因数，接近0的谐振频率温度系数的陶瓷已是当下研究的重点。通过固相法制备Ca0.95-xCu0.05(Na0.5Bi0.5)xMoO4微波介质陶瓷，研究烧结温度和组分变化对陶瓷微波介电性能的影响。当烧结温度为640 ℃、x为0.5时综合微波介电性能较好，此时陶瓷的εr=15.8，Qf=21 361 GHz，τf= ?偉d3.8×10?偉d6/℃。通过X射线衍射仪、Raman光谱仪、扫描电子显微镜研究了微波介电性能变化的机理。Ca0.45Cu0.05(Na0.5Bi0.5)0.5MoO4陶瓷与Al电极共烧结果显示有较好的相容性，表明Ca0.95?偉dxCu0.05(Na0.5Bi0.5)xMoO4陶瓷具有作为低温共烧微波介质陶瓷材料的应用潜力。
微波介质陶瓷 烧结温度 微波介电性能 低温共烧陶瓷 microwave dielectric ceramics sinter temperature microwave dielectric properties low-temperature co-fired ceramics
1 中国科学院上海硅酸盐研究所无机功能材料与器件重点实验室, 上海 201899
2 中国科学院大学材料科学与光电工程中心, 北京 100049
机器学习等数据驱动方法能够快速发掘数据之间潜在的统计相关性, 实现目标量的高效精准预测, 并辅助分析数据背后的物理图像, 已被广泛应用于材料性能预测和器件设计的研究之中。近年来, 机器学习模型研究在微波介质陶瓷材料及器件开发中也取得了系列进展。本文介绍了机器学习方法的基本原理和过程, 重点总结了微波介质陶瓷的介电常数、品质因数等关键性能的机器学习预测模型研究的最新进展, 探讨了材料成分、结构、工艺等参数与微波介电性能之间的关系, 并概述了机器学习方法在微波天线和滤波器的尺寸优化、失效分析等方面的应用。最后, 指出了数据驱动研究在微波介质陶瓷材料及器件领域的若干发展方向。
数据驱动范式 机器学习 微波介质陶瓷 介电性能 微波器件 data-driven paradigm machine learning microwave dielectric ceramics dielectric properties microwave devices
1 西安交通大学材料科学与工程学院, 金属材料强度国家重点实验室, 西安 710049
2 南方科技大学材料科学与工程系, 广东 深圳 518055
传统方法制备微波介质陶瓷通常需要1 000 ℃以上高温, 不仅工艺周期长、能量消耗高, 而且难以实现多种材料体系的集成共烧。如今, 无线通讯技术的不断革新和蓬勃发展对微波器件小型化、集成化提出了更高要求, 低温共烧陶瓷/超低温共烧陶瓷技术被开发和广泛应用。研究烧结温度更低、烧结效率更高, 且微波介电性能优异的节能环保型绿色制备工艺, 已经成为全球范围内研究热点之一。液相烧结、热压烧结、微波烧结、放电等离子体烧结、闪烧等烧结工艺的提出促进了低温烧结微波介质陶瓷的发展。最近, 又出现了一种新的超低温烧结工艺-冷烧结技术。冷烧结具有极低的烧结温度(一般 ≤300 ℃)、可在短时间内实现陶瓷高致密化, 且在物相稳定性、复合共烧以及晶界控制等方面有着优势, 为超低温烧结工艺以及微波介质材料体系的开发提供了新的契机。
微波介质 陶瓷 低温共烧陶瓷 超低温共烧陶瓷 超低温烧结工艺 冷烧结 microwave dielectric ceramic low temperature co-fired ceramic ultra-low temperature co-fired ceramic ultra-low sintering temperature technology cold sintering process
南方科技大学材料科学与工程系, 广东 深圳 518055
微波介质陶瓷作为介质材料被广泛应用于物联网、工业互联网、5G通信、全球卫星通信系统的无源器件中。从微波介质陶瓷的研究背景出发, 介绍了冷烧结的致密机理和工艺参数, 总结了冷烧结微波介质陶瓷的主要材料体系和器件, 指出了冷烧结微波介质陶瓷的主要问题和发展前景。冷烧结技术具有烧结温度低(<300 ℃)、可共烧异质材料、烧结前后晶粒尺寸差异小、制备工艺简单、节能环保等多种优点, 在多层共烧陶瓷和微波系统集成方面具有潜在应用。
冷烧结 微波介质陶瓷 微波器件 微波性能 cold sintering process microwave dielectric ceramics microwave devices microwave properties
1 桂林理工大学材料科学与工程学院，有色金属及材料加工新技术教育部重点实验室，广西光电材料与器件重点实验室，广西 桂林 541004
2 桂林理工大学理学院，广西 桂林 541004
黄家俊 1,2,3,*李月明 1,2,3孙熠 1,2,3李恺 1,2,3王竹梅 1,2,3
1 景德镇陶瓷大学材料科学与工程学院, 江西 景德镇333403
2 中国轻工业功能陶瓷材料重点实验室, 江西 景德镇333403
3 江西省能量存储与转换陶瓷材料工程实验室, 江西 景德镇333403
为了更好的满足无线通讯高频化的要求, 采用固相法制备了温度系数近零的(1-x)MgNb2O6-xCaTiO3(x=0, 0.02, 0.04, 0.08, 0.12, 0.16)微波介质陶瓷。研究了CaTiO3的加入量对MgNb2O6微观结构和介电性能的影响, 探究各物相的形成和烧结行为。结果表明: 适当的CaTiO3加入量能够促进MgNb2O6的烧结, 降低了烧结温度。通过X射线衍射分析, CaTiO3与MgNb2O6在高温时会反应生成CaNb2O6和Ti8O15、Ti2Nb10O29。增加CaTiO3的加入量, 会降低陶瓷的品质因数Q×f, 但同时会提高其介电常数εr和频率温度系数τf。当CaTiO3的添加量x=0.16时, 样品在1 250 ℃烧结4 h后具有最佳的微波介电性能: εr=21.6, Q×f=86 601 GHz, τf=-7.3×10-6/℃。
微波介质陶瓷 正温度系数材料 温度频率系数 微波介电性能 microwave dielectric ceramics positive temperature coefficient material temperature coefficient microwave dielectric properties
安徽建筑大学材料与化学工程学院, 合肥 230601
随着电子通信行业的迅速发展, 微波介质陶瓷近年来成为关注的热点。磷酸盐微波介质陶瓷通常具有烧结温度低、介电常数较低、粉体材料容易制备, 以及与银不发生显著反应等特点, 故可作为低温共烧陶瓷。本文概述了正磷酸盐(PO4)和焦磷酸盐(P2O7)系列陶瓷几种常见的晶体结构和微波介电性能, 以及PO4陶瓷的掺杂和复合。研究发现, 当A位元素和P元素摩尔比大于1时, 制备的样品是PO4与P2O7的混合物。PO4陶瓷的掺杂本质是通过A/B位离子取代起到改进介电性能的作用。PO4陶瓷的复合对性能改进的原理是原样品温度系数若为负值, 则可复合TiO2使温度系数接近0; 原样品温度系数若为正, 则复合其他温度系数为负的材料中和温度系数。最后提出了当下磷酸盐微波介质陶瓷存在的问题和研究展望。
微波介质陶瓷 低介电常数 低温共烧 正磷酸盐 焦磷酸盐 PO4陶瓷掺杂与复合 microwave dielectric ceramics low dielectric constant low-temperature co-firing orthophosphate pyrophosphate doping and recombination of PO4 ceramics
武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室，武汉 430070
尖晶石型微波介质陶瓷因高品质因数和可调的谐振频率温度系数在无线通信等领域应用广泛。本文通过无压烧结制备了MgO·nGa2O3(n=0.975、1.00、1.08和1.17)尖晶石陶瓷，采用XRD Rietveld全谱拟合研究了化学计量比对晶体结构的影响，并结合键价理论模型探究了微波介电性能与晶体结构的关系。结果表明: MgO·nGa2O3陶瓷相对介电常数(εr)的变化与晶格常数和离子极化率有关; 品质因数(Q×f)受键强和阳离子有序度的共同影响，随n值增大从165 590 GHz下降至109 413 GHz; 而谐振频率温度系数(τf)与晶体热膨胀系数相关。制备的MgO·0.975Ga2O3陶瓷具有优异的微波介电性能: εr=9.69、Q×f=165 590 GHz(频率14 GHz下)和τf=-7.12×10-6/℃。
镓酸镁尖晶石 化学计量比 晶体结构 微波介质陶瓷 介电常数 品质因数 MgO·nGa2O3 stoichiometric ratio crystalline structure microwave dielectric ceramics dielectric constant quality factor
浙江嘉康电子股份有限公司, 浙江 嘉兴 314000
该文采用固相法制备了BaSm0.2Ti(4+x)O(9.3+2x)(x=0～0.6为摩尔分数)陶瓷, 研究了不同x值对陶瓷相组成、显微结构和微波介电性能的影响。结果表明, 在0≤x≤0.6时, 随着x的增大, 介电常数εr变化较小, 品质因数与频率之积(Q×f)和频率温度系数τf均随x的增大而减小。当x=0.5时, 可获得介电性能优异的BaSm0.2Ti(4+x)O(9.3+2x)陶瓷: εr=46.9, Q×f≈18 237 GHz, τf≈2.2×10-6/℃。
微波介质陶瓷 介电性能 中等介电常数 microwave dielectric ceramics dielectric property Ba2Ti9O20 Ba2Ti9O20 BaTi4O9 BaTi4O9 moderate dieletric constant
