中國粉體網(wǎng)訊 微波介質(zhì)陶瓷（MWDC）是應(yīng)用于微波頻段電路中作為介質(zhì)材料（主要是UHF、SHF頻段，300MHz~300GHz頻段波長介于0.1mm-1m的電磁波）并完成一種或多種功能的新型陶瓷材料。適于制作現(xiàn)代各種微波器件，如電子對抗、導(dǎo)航、通訊、雷達、家用衛(wèi)星直播電視接收機和移動電話等設(shè)備中的穩(wěn)頻振蕩器、濾波器和鑒頻器，能滿足微波電路小型化、集成化、高可靠性和低成本的要求。
微波介質(zhì)陶瓷的發(fā)展
微波介質(zhì)陶瓷屬于近三十年來發(fā)展起來的電子功能陶瓷。1939年首次報道作為介質(zhì)諧振器使用的微波介質(zhì)陶瓷是TiO2 (金紅石)，但是由于當(dāng)時的微波介質(zhì)諧振器小型化的社會需求并不迫切，以至于實物的發(fā)展跟不上市場需求導(dǎo)致其不受重視，發(fā)展緩慢。直到60年代才開始盛行對微波介質(zhì)特性的研究，出現(xiàn)了從開發(fā)評價材料性能參數(shù)的方法到設(shè)計利用TiO2瓷的微波濾波器，研究逐步走向正軌，到70年代大規(guī)模開發(fā)工作開始，當(dāng)時美國日本幾乎同時段開展這項工作，由美國最先研制出BaO-TiO2系陶瓷，自此微波介質(zhì)陶瓷材料達到了實用階段。我國直到80年代初才開始對微波介質(zhì)陶瓷材料進行研究，且因材料、工藝水平不足，測評困難等原因整體式重復(fù)追蹤著國外的研究工作，研發(fā)應(yīng)用水平都遠遠不能滿足國內(nèi)微波通訊技術(shù)發(fā)展的需求，直到90年代才有所好轉(zhuǎn)。
微波介質(zhì)陶瓷的分類
微波介質(zhì)陶瓷按其介電性能的不同，即介電常數(shù)的大小來劃分，可分為以下五類:
(1)低介電常數(shù)類:屬于最早研究應(yīng)用的微波介質(zhì)陶瓷，介電常數(shù)ε一般小于20，其Q.f值很高，主要應(yīng)用于微波基板以及高端微波元器件。
(2)超低介電損耗類:在厘米、毫米波段使用的衛(wèi)星通訊以及軍事應(yīng)用等通信系統(tǒng)要求節(jié)點材料在微波頻率高頻段(如10GHz) 具有特別高的Q值，即特別低的介電損耗。
(3) 中介電常數(shù)類:指介電常數(shù)ε介于30~70之間的微波介質(zhì)陶瓷，主要應(yīng)用于衛(wèi)星通訊以及移動通訊基站。
(4)高介電常數(shù)類:由于高介電常數(shù)可以大幅度減小微波通信器件的尺寸，所以此類高介電常數(shù)的微波介質(zhì)陶瓷是研究最為廣泛的一種。
(5)頻率捷變微波介質(zhì)陶瓷:該種陶瓷屬于相應(yīng)微電子行業(yè)的迅速發(fā)展和軍事應(yīng)用發(fā)展起來的，產(chǎn)品要求具有高調(diào)諧率、低介電損耗、良好的溫度穩(wěn)定性等，應(yīng)用于移相器、延遲線、混合器、動態(tài)隨機存儲器以及鐵電存儲器等器件。
微波介質(zhì)陶瓷的制備技術(shù)
1、粉末制備技術(shù)
微波介質(zhì)陶瓷粉末通常采用的是固相反應(yīng)法合成，即將多種氧化物粉料混合、煅燒，經(jīng)過機械研磨獲得粉體，具有設(shè)備、工藝簡單、易于工業(yè)化生產(chǎn)的優(yōu)點。缺點在于此法難以獲取高純度的物相，且不能確保粉體成分分布的均勻性。此外，制備的粉體粒徑較大，反應(yīng)活性較差還容易導(dǎo)致燒結(jié)溫度變高。
為避免傳統(tǒng)固相反應(yīng)法的不足，出現(xiàn)了溶膠-凝膠法、熔鹽法、水熱法、共沉淀法、微乳液法等方法。
①溶膠-凝膠法（Sol-gel）：指金屬有機或無機化合物經(jīng)過溶膠-凝膠化、干燥和煅燒形成氧化物或其他固體化合物的方法。
優(yōu)點：相比固相法具有較低的陶瓷粉末合成溫度和陶瓷燒結(jié)溫度，避免了機械研磨過程引入雜質(zhì)，且組分混合均勻。
缺點：制粉成本較高，工藝復(fù)雜。此法在何種條件下能促進陶瓷的致密化，改善材料的纖維組織，從而提高其微博介電性能，還有待進一步研究。
②熔鹽法：指通過在常規(guī)固相反應(yīng)中引入低熔點鹽作為助溶劑來合成物質(zhì)的一種新方法。低熔點鹽的引入導(dǎo)致合成過程中有液相出現(xiàn)，很大程度上加快了離子的擴散速率。
優(yōu)點：工藝簡單、粉末合成溫度低、保溫時間短、合成粉體的化學(xué)成分均勻、產(chǎn)物的形貌易控制。
缺點：燒結(jié)過程中熔鹽的揮發(fā)容易對爐體造成污染，同時該法制備的微波介質(zhì)陶瓷的介電性能普遍較低，原因尚需進一步研究。
③水熱法：基本原理是把在常溫常壓下不易被氧化的物質(zhì)，以水溶液作為介質(zhì)在密封的壓力容器中進行材料合成，粉體的形成經(jīng)歷了一個溶解-結(jié)晶過程。
優(yōu)點：近幾年發(fā)展起來的最合適規(guī)模生產(chǎn)陶瓷粉末的濕化學(xué)制備方法。
缺點：因陶瓷粉末的合成反應(yīng)難以反應(yīng)完全，殘留的雜相會使材料的微波介電性能急劇下降，改進方法還有待研究。
④共沉淀法：是利用各種組分元素的可溶性金屬鹽類，按一定比例匹配制成溶液，然后加入合適的沉淀劑，各類金屬離子形成均勻沉淀，通過調(diào)節(jié)溶液的濃度和pH值等來控制沉淀粉末的性能，將沉淀物煅燒得到組分均勻的氧化物混合體。
優(yōu)點：與傳統(tǒng)方法相比工藝簡單，粉末成分均勻，且顆粒細小。此法制備微波介質(zhì)陶瓷不僅能得到納米尺寸的陶瓷粉末，降低材料的燒結(jié)溫度，同時材料還保持了較好的微波介電性能，發(fā)展前景較好。
缺點：此法制得的粉末容易發(fā)生團聚，這會使粉末的燒結(jié)性能降低。
⑤微乳液法：是將反應(yīng)物溶液在油類相、表面活性劑和表面活性劑的作用下形成熱力穩(wěn)定、各相同性、外觀透明或半透明的分散體系。其中每個被表面活化劑和油類相包裹的液珠都是一個反應(yīng)微胞團，然后將生成的納米顆粒從乳液狀中分離、清洗、干燥后即可得到細小均勻的粉末。
優(yōu)點：采用該法能有效降低粉末的合成溫度和陶瓷燒結(jié)溫度，同時材料的微波介電性能變化不大。
缺點：由于需要使均勻分散在連續(xù)油相中的水相維持熱力學(xué)穩(wěn)定，導(dǎo)致該法工藝比較復(fù)雜，限制了其應(yīng)用。
2、燒結(jié)技術(shù)
①常壓固相燒結(jié):是在大氣條件下將坯體燒結(jié)的過程，是制備微波介質(zhì)陶瓷最常使用的一種方法。
②微波燒結(jié):具有加熱速度快、溫度場均勻、燒結(jié)時間短、高效節(jié)能等優(yōu)點，能顯著改善材料的顯微組織，有利于微波介電性能的提高。
③放電等離子燒結(jié):通過承壓導(dǎo)電模具加.上可控脈沖電流對粉末進行燒結(jié)。該技術(shù)利用加熱和表面活化實現(xiàn)材料的超快速致密化燒結(jié)，且所得燒結(jié)晶粒均勻,致密度，可廣泛用于磁性材料、功能梯度材料、納米陶瓷、纖維增強陶瓷和金屬間化合物等一系列新型材料的燒結(jié)。
④反應(yīng)燒結(jié):指初始粉末間的化學(xué)反應(yīng)和材料的致密化在同一加熱過程中完成的一種燒結(jié)方法。該法無需常規(guī)方法中的預(yù)燒階段，是獲得高致密陶瓷的一種簡單有效的方法。
3、燒結(jié)助劑
難以燒結(jié)致密或要求低溫?zé)Y(jié)的陶瓷體系，通常需要添加低熔點的氧化物或玻璃相等燒結(jié)助劑。燒結(jié)助劑在燒結(jié)過程中可以形成液相加速傳質(zhì)，可改善陶瓷的燒結(jié)特性。但燒結(jié)助劑在燒結(jié)后往往在晶界富集、易使晶粒表層產(chǎn)生化學(xué)計量比偏離等晶格缺陷,并且還可能與基體反應(yīng)生成第二相。此外，有些添加劑所含多價態(tài)離子在燒結(jié)過程中會產(chǎn)生變價，導(dǎo)致氧空位濃度改變，從而影響材料的微波介電性能。因此，選擇合適的燒結(jié)助劑十分重要。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/Betty）
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