实验操作
• 利用传统的固态法，以CaCO3，SiO2，Al2O3，CuO， Li2CO3和TiO2为原料，称取化学计量比的CaCO3和 SiO2或TiO2粉末，在乙醇中用ZrO2小球球磨24h。 • 干燥后1200℃空烧2h得到CaSiO3或CaTiO3。得到的 粉末，1wt％Al2O3和不同量的CuO，Li2CO3或 CaTiO3混合后再球磨24h。 • 干燥后筛滤，粉末与5wt％的粘结剂聚乙烯醇混合， 135MPa单向压力下压成直径15mm，厚7-8mm的 圆片。试样空烧，升温速率5℃/min，在850-1000℃下烧结2h。
结果与讨论-CaTiO 的影响
3
CaSiO3-1wt％Al2O30.2wt％CuO; 1.5wt％ Li2CO3;0-12wt％900℃
结果与讨论
与银电极共烧后的 SEM 生瓷带的 SEM
展望
• 随着微波技术的迅速发展，信息化社会对微波介质陶瓷材 料的要求也会越来越高，其应用前景也会越来越好。对微 波介质材料性能的微观机理有待于进一步研究，希望能从 理论上了解影响陶瓷材料微波损耗的机理，找出晶体的微 观结构和材料微波介电性能之间的关系。另外现有的制备 工艺也有待于进一步改进。目前多采用常规的高温固相反 应方法制备，不仅烧结时间长，很难获得致密的结构，而 且组分易挥发，使产物偏离预期的组成并形成多相结构， 从而导致材料性能的劣化和不稳定性。近年来软化学法作 为一种先进的材料制备方法，已经在功能陶瓷的制备方面 开辟了一种新的工艺路线。我们相信随着研究的进一步深 入和新型烧结技术的运用，最终可实现微波介质陶瓷材料 组成、结构与性能的可调控性，微波介电材料将显示出广 阔的应用前景。结果与来自论-不同含量Li CO 的影响
2 3
CaSiO3-1wt％Al2O3-0.2wt％CuO;a 0.2wt％,b 0.4wt％, c 0.8wt％,d 1.0wt％,e 1.5wt％,f 2.0wt％Li2CO3;
结果与讨论-不同含量Li CO 的影响
2 3
SEM;CaSiO3-1wt％Al2O3-0.2wt％CuO;a 0.8wt％,b 1.0wt％, c 1.5wt％,d 2.0wt％Li2CO3;900℃
CaSiO3陶瓷特点
• CaSiO3陶瓷是一种优良的介电材料，介电常
数小，介电损耗少。
• 但是，它的烧结温度范围很窄。升高烧结温度
也很难得到致密的CaSiO3陶瓷，而且孔洞会
增多。
文献概要
• 方法：掺杂 掺杂物：Li2CO3、CuO 、CaTiO3 • 以 CaSiO3-1wt%Al2O3（εr= 6.66，Q×f = 24626GHz）为基体 材料，通过添加低熔点氧化物助剂，分别实现了添加 CuO 和 Li2CO3的 CaSiO3-1wt%Al2O3陶瓷在低温的烧结，并获得 了良好的微波介电性能。 • Li2CO3、CuO 单一或复合助剂，实现了 CaSiO3-1wt%Al2O3陶 瓷在 900℃的低温烧结。 • 合成的 CaSiO3-1wt%Al2O3-1.5wt%Li2CO3-0.2wt%CuO 粉体， 具有较高的烧结活性，可在 900℃烧结，并获得了较好的 微波介电性能：εr= 7.15，Q×f = 21950GHz。通过添加 CaTiO3，(10wt%CaTiO3)将陶瓷的谐振频率温度系数调节到 -1.22ppm/℃，并实现了与 Ag 电极的低温共烧。
结果与讨论-不同含量Li CO 的影响
2 3
SEM EDS; CaSiO3-1wt％ Al2O3-0.2wt％ CuO; 2.0wt％ Li2CO3;900℃
结果与讨论-不同含量Li CO 的影响
2 3
CaSiO3-1wt％Al2O3-0.2wt％CuO;a 0.2wt％,b 0.4wt％, c 0.8wt％,d 1.0wt％,e 1.5wt％,f 2.0wt％Li2CO3;
低温共烧结应用陶瓷的低温烧结和微波介电特性
Low temperature sintering and microwave dielectric properties of CaSiO3–Al2O3 ceramics for LTCC applications
CaSiO3陶瓷特点 文献概要 实验操作 结果与讨论
微波介质陶瓷低温烧结研究现状
• 要实现微波介质陶瓷的低温烧结，可以通过以下 三种途径： 1）细化粉体粒径，即通过获得分散均匀、无团 聚的，并具有良好烧结特性的超细粉体或表面活 性高的粉体来达到降低烧结温度的目的； 2）通过添加适量的烧结助剂，主要是低熔点氧 化物或者低熔点玻璃，通过液相活性烧结，从而 达到降低烧结温度的目的； 3）开发新型的固有烧结温度低的材料体系。
微波介质陶瓷简介
• 微波介质陶瓷（MWDC）是指应用于微波频 段(主要是UHF、SHF频段，300MHz～ 300GHz)电路中作为介质材料并完成一种或 多种功能的陶瓷。 • 主要用于制造介质谐振器，微波集成电路 基片、元件、介质波导、介质天线、输出 窗、衰减器、匹配终端、行波管夹持棒等 微波器件。介质谐振器可制造滤波器、振 荡器等微波集成电路的重要器件。
先进陶瓷与粉末冶金
微波介质陶瓷
CaSiO3-Al2O3
报告人： 报告时间：
目录
前言
微波介质陶瓷及LTCC等简介
CaSiO3-Al2O3的掺杂 展望及引用
前言
• 微波介电陶瓷是近二十多年发展起来的一种新型 功能陶瓷材料。它是制造微波介质谐振器和滤波 器的关键材料。它在原来微波铁氧体的基础上， 对配方和制作工艺都进行了大幅的升级换代，使 之具有高介电常数、低微波损耗、温度系数小等 优良性能，适于制作现代各种微波器件， 如电子 对抗、导航、通讯、雷达、家用卫星直播电视接 收机和移动电话等设备中的稳频振荡器、滤波器 和鉴频器，能满足微波电路小型化、集成化、高 可靠性和低成本的要求。随着移动通信和现代电 子设备的发展，微波介质陶瓷的研究越来越受到 人们的重视，承载着未来微波器件的无限希望。
引用
• [1] Huanping Wang, Zuopeng He, Denghao Li, Ruoshan Lei, Jinmin Chen, Shiqing Xu.Low temperature sintering and microwave dielectric properties of CaSiO3–Al2O3 ceramics for LTCC applications，Ceramics International ， 40 (2014) 3895–3902. • [2] 李标荣, 王筱珍, 张绪礼. 无机电介质[M]. 武昌: 华中理工大学出版社, 1995, 154-166. • [3]赵梅瑜, 王依琳. 低温烧结微波介质陶瓷[J]. 电子元件与材料, 2002, 21(2): 30-39. • [4] 黄晓巍.液相烧结氧化铝陶瓷的致密化机理[J].材料导报, 2005, 19(4): 393-395. • [5] 郑振中, 甘国友, 严继康等. 低温共烧（LTCC）微波介质陶瓷的研究 进展[J]. 材料导报, 2008, 22(11): 322-327. • [6]陈金敏.CaSiO3-Al2O3系低介微波介质陶瓷及其低温烧结研究[D].杭 州：中国计量学院，2012： • [7]尹艳红,刘维平.微波介电陶瓷及其发展趋势[J].冶金丛 刊,2006同含量CuO的影响
CaSiO3-1wt％Al2O3-1wt％Li2CO3;a 0wt％,b 0.2wt％,c 0.4wt％,d 0.8wt％CuO
结果与讨论-不同含量Li CO 的影响
2 3
XRD;CaSiO3-1wt％Al2O3-0.2wt％CuO;a 0.8wt％,b 1.0wt％, c 1.5wt％,d 2.0wt％Li2CO3;900℃
相对介电 常数高 εrεr低 Q 值类
品质因数 谐振频率 铅基钙钛矿系、 BaO-Ln 2O3-TiO2 Q 温度系数 系、CaO-Li2O-Ln2O3-TiO2系 （或损耗 τf 角正切 复合体系 tanδ）
低温共烧结陶瓷
（Low Temperature Co-fired Ceramic，LTCC）
结果与讨论-不同含量CuO的影响
CaSiO3-1wt％Al2O3-1wt％Li2CO3;a 0wt％,b 0.2wt％,c 0.4wt％,d 0.8wt％CuO
结果与讨论-不同含量CuO的影响
SEM;CaSiO3-1wt％Al2O3-1wt％Li2CO3;a 0wt％,b 0.2wt％,c 0.4wt％,d 0.8wt％CuO
• LTC C技术是无源集成的主流技术。 • LTCC是将低温烧结陶瓷粉制成生瓷带，在生瓷带上利用激 光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺制出所需要 的电路图形，并将多个被动组件埋入多层陶瓷基板中，然 后叠压在一起，内外电极可分别使用银、铜、金等金属， 烧结，制成三维空间互不干扰的高密度电路，也可制成内 置无源元件的三维电路基板，在其表面可以贴装集成电路 和有源器件，制成无源/有源集成的功能模块，可进一步 将电路小型化与高密度化，特别适合用于高频通讯用组件。
谢谢
微波介质陶瓷应用
BaO-MgO-Nb2O5，BaO-ZnONb2O5等系 微波介电性能 低 εr高 Q 值类 BaO-MgO-Nb2O5，BaO-ZnONb2O5等复合系统
BaO-TiO2体系、(Zr, Sn)TiO4体系 中等 εr和 Q 值 类
BaO-TiO2体系、(Zr, Sn)TiO4体系 及其复合系统