李月明 張華 洪燕 王竹梅 沈宗洋

（景德鎮(zhèn)陶瓷學院材料科學與工程學院，景德鎮(zhèn)：333403）

1 引言

近年來隨著移動通信、衛(wèi)星通信、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）以及無線局域網(wǎng)（WLA）等現(xiàn)代通信技術的飛速發(fā)展和日益普及，對微波介質陶瓷類微波元器件有著極大的需求，同時，也對微波介質陶瓷類微波元器件提出微型化、高頻化、集成化和低成本化的要求，以低溫共燒陶瓷（low-temperature co-fired ceramic，LTCC）技術為基礎的多層結構設計可有效減小器件體積，是實現(xiàn)上述要求的重要途徑，因此，制備能與Ag或Cu共燒的低溫燒結、具有高介電常數(shù)的微波介質陶瓷及器件已成為世界各國的研究熱點。本文綜述了近年來對高介電常數(shù)微波介質陶瓷及其低溫共燒研究的最新進展。

2 高介電常數(shù)微波介質陶瓷體系

高介電常數(shù)微波介質陶瓷的介電常數(shù)εr值通常大于80，目前此類材料的研究集中在三個體系：鎢青銅結構BaO-Ln2O3-TiO2體系、鉛基鈣鈦礦系列和復合鈣鈦礦結構CaO-Li2O-Ln2O3-TiO2體系[1]。它們的晶體結構均有一個共同的特征，即晶體是以頂角相連的氧八面體三維網(wǎng)狀結構，正是這種氧八面體的存在導致高εr的產(chǎn)生。

2.1 BaO-Ln2O3-TiO2體系

BaO-Ln2O3-TiO2系微波介質陶瓷具有鎢青銅晶體結構，較高的εr（＞70）、τf適中且可調節(jié)至0、Qf值（Qf≥1000）基本達到使用要求，適用于飛速發(fā)展的移動通訊領域（≤4 GHz），因此成為微波介質陶瓷中研究最多的體系之一。BaO-Ln2O3-TiO2系統(tǒng)陶瓷材料，是由在BaO-TiO2系陶瓷中摻入稀土氧化物（主要為La2O3、Nd2O3、Sm2O3等）派生而成。當Ln離子半徑從大到小以La→Ce→Pr→Nd→Sm→Eu順序變化時，材料的εr下降，Qf值上升，τf由負變正（見表1）[2]。由于BaO-Ln2O3-TiO2系材料在普通的燒結條件下難以得到致密的陶瓷體，因此，必須加入添加劑進行改性，這樣既提高了燒結性能，降低了燒結溫度，又提高了Qf值。常用的添加劑有PbO、SnO2、Bi2O3、CeO2等。該系陶瓷中以BaO-Sm2O3-TiO2和BaO-Nd2O3-TiO2為典型代表。

表1 Ba4.5 Ln9Ti18O54材料的微波介電性能Tab.1 Microwave dielectric properties of Ba4.5Ln9Ti18O54 ceram ics

BaO-Sm2O3-TiO2是高εr類微波介質陶瓷材料的典型代表之一。首先由松下電器產(chǎn)業(yè)中央研究所試制成功，主要用于800MHz移動電話體系的L或S波段。Ouchi等人[2]發(fā)現(xiàn)在BaO-Sm2O3-TiO2三元系統(tǒng)中有兩種化合物：BaO-Sm2O3-5TiO2和BaO-Sm2O3-3TiO2，均具有優(yōu)良的微波介電性能，εr=70～90，Qf值可達3 000 GHz以上，τf接近零。后來，Susumu等人[2]發(fā)現(xiàn)，以0.15BaO-0.15Sm2O3-0.7TiO2為組分的陶瓷3GHz時有很高的Qf值（4 000GHz）和εr（78）。用少量的Sr取代Ba，會使溫度穩(wěn)定性更好。增加Sr的摻入量（0～2 mol％），εr由78線性增加到99，Qf值由4 000 GHz逐漸減為3 000GHz，τf由-7 ppm/℃漸增加至18 ppm/℃。但當在BaO-Sm2O3-TiO2-SrO中摻入適量的Cd時，Qf值得到顯著的改善，摻入1 w t％的CdO，4 GHz條件下，Qf值達到4180 GHz，εr=80.7，τf=-4 ppm/℃[3]。

Kolar等人[4]對BaO-Nd2O3-TiO2系統(tǒng)富鈦區(qū)范圍進行了廣泛研究，指出在這一系統(tǒng)中主要存在著兩種化合物：BaNd2Ti5O14和BaNd2Ti3O10。同時他還指出在BaO-Nd2O3-5TiO2附近可獲得具有較好介電性能的材料：εr=70～90，Qf＞2 000GHz。單純BaO-Nd2O3-TiO2材料不易燒結致密，通過添加Bi2O3可促進燒結并提高性能[4-5]。添加10～15mol％的Bi2O3時，在0.8GHz條件下Qf值可達4 000GHz以上，εr在110以上；而未添加Bi2O3的材料Qf值為1 000GHz左右，εr約為90。

2.2 鉛基鈣鈦礦體系

鉛基鈣鈦礦系列主要是指（Pb1-xCax）ZrO3、（Pb1-xCax）HfO3、（Pb1-xCax）（Fe1/2Nb1/2）O3、（Pb1-xCax）（Mg1/2Nb1/2）O3系材料。該系列材料原本是被用來制備多層電容器元件的，但J.Kato[6]研究了它們在微波頻率下的介電特性，發(fā)現(xiàn)它們在微波頻率下同樣具有較高的εr和Qf值。當用Ca置換部分Pb，隨著Ca的增加，Qf值增高，τf由正值變?yōu)樨撝?，可以得到近于零的諧振頻率溫度系數(shù)。一般而言，鐵電陶瓷具有高的εr，但由于多疇結構和疇壁極化引起深度的介質弛豫，其弛豫頻率正好對應于微波頻率，會產(chǎn)生很高的介質損耗，故通常認為鐵電陶瓷不適宜于制備微波介質陶瓷。J.Kato的發(fā)現(xiàn)打破了鐵電體與反鐵電體不可能作為高性能微波介質材料的傳統(tǒng)觀念，對微波介質物理的發(fā)展提出了新的理論[6]。

在鉛基鈣鐵礦系列微波介質陶瓷材料中，介電常數(shù)εr一方面明顯地隨Pb含量的增加而上升，另一方面隨B位離子平均半徑的上升而下降?？梢娫阢U基鈣鈦礦結構高εr微波介質材料中εr與A位的Pb、B位離子的半徑密切相關，較小的B位離子可導致高εr的產(chǎn)生。如在（Pb1-xCax）（Zr1-y，Tiy）O3陶瓷中，半徑較小的Ti4+離子對半徑較大Zr4+的取代，使其所處的氧八面體收縮，相應的使鄰近的以Zr4+為中心的氧八面體膨脹，在電場作用下，這種膨脹使得B位離子在氧八面體中移動變得更加容易，從而提高了B位離子的位移極化，使介電常數(shù)升高。而介電常數(shù)升高的另一個原因是，燒結中摻入更多的Ti抑制了Pb損失，Ti的取代比Ca的取代更能抑制PbO的揮發(fā)，因而陶瓷中具有高的Pb含量[7]。

然而在此系列微波介質陶瓷中，Qf值的變化卻恰恰相反，會隨著B位離子平均徑的上升而上升。如（Pb1-xCax）（Fe1/2Nb1/2）O3陶瓷中在B位摻雜少量離子半徑較大的Ti和Sn或者Zr，可以改善其微波特性，使其品質因數(shù)有所提高。分析其原因可能是離子半徑大的Zr4+等的摻入使得含Zr4+氧八面體膨脹，從而使鄰近含[Fe5++Nb3+]氧八面體壓縮。在外場作用下，[Fe5++Nb3+]移動困難，降低整個諧振子的阻尼系數(shù)，使材料損耗減??；但當摻入量進一步增加時，體積密度降低，氣孔率大大增加，使材料的非本征損耗因素加大，故而損耗增大[8]。

2.3 CaO-Li2O-Ln2O3-TiO2體系

具有鈣鈦礦結構的微波介質陶瓷是備受關注的一類微波介質陶瓷材料。鈣鈦礦結構對外來離子有著較強的相容能力，只要滿足電中性和離子配合半徑要求，A或B位可以被多種外來離子所占據(jù)而變?yōu)閺秃镶}鈦礦結構，并由此導致各種新性能的出現(xiàn)。理想鈣鈦礦晶體呈面心立方結構（fcc），空間群為（Pm3m），晶體結構由三維空間對稱、角頂相連的八面體網(wǎng)絡組成。B位的Ti4+離子處于陽離子構成的共頂八面體的中心位置。A位離子的變化將對氧八面體的基本構架、B位中心離子和晶體內電場造成極大影響。CaTiO3陶瓷雖然具有較高的介電常數(shù)（170），但其τf值太大（+800 ppm/℃）[9]，無法滿足對材料實用化的要求。而Li1/2Ln1/2TiO3（Ln=La，Pr，Nd，Sm）系材料屬于A位復合鈣鈦礦結構，其中存在具有較強內電場的氧八面體，極化能力強，因此具有較高的介電常數(shù)和較大的負τf[10]，因兩者復合可制備得到高εr和零τf的微波介質材料。

Ezaki等[11]對摩爾比為CaO∶Li2O∶Ln2O3∶TiO2=16∶9∶12∶63的材料進行了研究。當Ln由La→Pr→Nd→Sm→Eu變化時，均具有鈣鈦礦結構，當Ln由Gd→Tb→Dy→Ho→Er→Yb變化時，材料中會出現(xiàn)第二相燒綠石Ln2Ti2O7。圖1所示為CaO-Li2O-Ln2O3-TiO2體系的微波介電性能。隨rLn的增加，εr上升，Qf值迅速下降。當Ln=Sm時，材料的微波介電性能最好：εr=105，Qf=4 640GHz，τf=13 ppm/℃。

Takahashi等[12]又進一步研究了該體系材料中的Ln為兩種鑭系元素共存時材料的微波介電性能。圖2所示為CaO-SrO-Li2O-（1-x）Sm2O3-xLn2O3-TiO2體系材料的微波介電性能與鑭系元素離子半徑的關系。隨rLn的增加，εr線性上升，當Ln為Dy時，Qf達到其最大值；但當鑭系元素離子半徑比Dy小時，Qf值迅速減小。圖3和圖4所示為該體系材料εr、Qf值與Ln2O3含量x的關系。在材料組成為CaO∶SrO∶Li2O∶Sm2O3∶Nd2O3∶TiO2=15∶1∶9∶6∶6∶63時其綜合微波介電性能達到最佳：εr=123，Qf=4 150GHz，τf=10.8 ppm/℃。同時發(fā)現(xiàn)材料的εr正比于其晶胞體積的大小，Qf主要取決于晶體結構的變化及相組成。

Kim等[13]采用遠紅外光譜、Kramers-Kronig計算公式和諧振模式，揭示了（1-x）CaTiO3-xLi1/2Sm1/2TiO3（0＜x＜1）材料的相結構、離子極化與損耗、介電常數(shù)之間的內在規(guī)律。在相組成中，晶相為正交鈣鈦礦型，隨x的增加，晶格參數(shù)a變化不大，b和c呈線性關系增加，介電損耗增大，絕對值先減小后增大。當x=0.7時，可獲得εr=114，Qf=3 700GHz，τf=11.5 ppm/℃的微波介電性能。Chen等[14]研究發(fā)現(xiàn)Ba取代Ca可改善CaO-Li2O-Ln2O3-TiO2的εr和τf，相組成為CaO-Li2O -Sm2O3-TiO2，BaSm2Ti4O12，當Ba的摩爾分數(shù)為4％時，εr= 95，Qf=6 740GHz，τf=3.24 ppm/℃。本課題組[15]采用Sr取代部分Ca，系統(tǒng)研究了（Ca1-xSrx）1-y（Li1/2Sm1/2）yTiO3體系，發(fā)現(xiàn)隨著Sr取代量的增加，燒結溫度降低，當y＝0.7，x＝1/16時，燒結溫度為1250℃，此時材料具有優(yōu)異的性能：εr＝118.28，Qf＝2 989GHz，τf＝47.49 ppm/℃，該組成為低溫共燒提供了良好的基礎。

目前，對CaO-Li2O-Ln2O3-TiO2體系的研究較多，也取得了一定的成果，但對A、B為取代后對陶瓷燒結性能，微波介電性能的研究有待于進一步深入。

3 低溫燒結的研究進展

3.1 低溫燒結途徑

一般說來降低微波介質陶瓷燒結溫度有以下幾種方法：選擇固有燒結溫度低的材質（如含Bi的陶瓷）；選擇低熔點的化合物（如V2O5，B2O3等）或者玻璃相（如ZnO-B2O3系玻璃、SiO2-B2O3系玻璃等）作為燒結助劑；利用濕化學合成法和選擇超細粉原料進行合成；采用先進的工藝方法。目前，普遍采用的方法是選擇低熔點玻璃或氧化物作為燒結助劑。

利用添加的燒結助劑來實現(xiàn)微波介質陶瓷的低溫燒結，許多學者分別對不同的低軟化點玻璃或氧化物對各種微波介質陶瓷進行改性研究，見表2。從表2可以看出，通過摻加低熔點燒結助劑，陶瓷的燒結溫度明顯降低，同時性能也有所降低。

表2 低熔點玻璃或氧化物助燒微波介質陶瓷的主要微波介電性能Tab.2 Microwave dielectric properties of ceram ics w ith added low melting oxides and glass

在基料中加入低熔點添加物，有三種低溫燒結方式，第一種是通過形成固溶體來降低燒結溫度；第二種是通過添加物與主晶相形成新相燒結來提高坯體致密度。這兩種方式只能有限地降低燒結溫度。第三種方式是通過液相燒結來降低燒結溫度并改善性能。低熔點添加物在燒結過程中先形成液相促進燒結，到了燒結后期又可進入主晶相起摻雜改性作用。低熔點添加物的這種“雙重效應”可使燒結溫度降低250～300℃，且性能也提高許多。低溫液相燒結是一種以助燒劑作為過渡液相的燒結方法。當燒結時助燒劑產(chǎn)生液相并能很好地潤濕陶瓷粉粒時，液相加速了顆?；蚓Я５闹嘏牛瑥亩蟠蠼档土藷Y溫度?；钚砸合酂Y主要由于顆粒之間的液相產(chǎn)生了巨大的毛細管力，使得顆粒發(fā)生滑移和重排，達到更緊密的空間堆集。液相所產(chǎn)生的毛細管力同時也會引起固相顆粒的溶解-淀析過程，使較小的顆粒溶解，較大的顆粒長大。在顆粒接觸點，巨大的毛細管力使固相溶解度增高，物質便由高溶解度區(qū)遷移至低溶解度區(qū)，從而使接觸區(qū)的顆粒漸趨平坦而互相靠近，使坯體收縮而致密化。另外在此過程中，還常伴有固-液相間的化學反應，如液相與陶瓷晶相間形成固溶體等，這將會進一步加速物質傳遞，致密化過程就可以在較低的溫度下完成。

添加低熔點物質降低燒結溫度的同時，材料的微波介電性能也有不同程度的下降，其主要原因是：材料的主晶相與玻璃相之間有化學反應產(chǎn)生，主晶相含量減少，或有雜質相產(chǎn)生；材料內部有玻璃相存在，使其本征損耗增大。

3.2 可低溫燒結的微波材料體系

3.2.1 BaO-Ln2O3-TiO2系統(tǒng)

對BaO-Ln2O3-TiO2系統(tǒng)開展低溫燒結的研究較多。由于BaO-Ln2O3-TiO2系微波介質陶瓷的燒結溫度普遍高于1300℃，因而實現(xiàn)其低溫燒結是其研究的難點和熱點。Yutaka等[34]研究了添加B2O3和GeO2對Ba6-3xSm8+2xTi18O54（x=2/3）燒結溫度的影響，發(fā)現(xiàn)添加質量分數(shù)為0.5％B2O3可以有效地降低燒結溫度，與不添加B2O3的系統(tǒng)相比降低了約260℃，同時表現(xiàn)出很好的介電性能（εr=76，Qf=1 0500GHz，τf=-19 ppm/℃）。O.Dernovsek[35]等人對BaO-Nd2O3-TiO2體系材料進行了低溫燒結研究，90 vol％BaNd2Ti4O12（添加1w t％ZnO）/10 vol％BBSZ（B2O3∶Bi2O3∶SiO2∶ZnO=27∶35∶26∶32），在900℃燒結，其介電性能為：εr=67，Qf＞1 000 GHz，τf=4 ppm/℃。陳尚坤[36]等人在Ba4（Nd0.85Bi0.15）28/3Ti18O54陶瓷中加入2.5w t％BaCuO2-CuO和5w t％BaO-B2O3-SiO2，陶瓷在950℃燒結，εr=60.2，Qf=2 577 GHz，τf=25.1 ppm/℃，可與Cu電極漿料低溫共燒。Cho[37]等人研究了在組成為BaO∶Nd2O3∶TiO2=14∶16∶70的材料中添加10～11.5w t ％的Bi2O3，可有效促進陶瓷的燒結致密化，從而提高材料的介電性能。0.8GHz條件下，測得材料的εr＞110，Qf=4 000。并通過添加鋰硼硅酸鹽玻璃對BaO·（Nd1-xBix）2O3·4TiO2系陶瓷進行低溫化研究。玻璃助劑 Li2O-B2O3-SiO2-A l2O3-CaO（LBSAC）的添加，使BaO·（Nd0.8Bi0.2）2O3·4TiO2的燒結溫度由1300℃降到900℃。添加10 w t％LBSAC的BNBT陶瓷在900℃燒結，介電性能為：εr=68，Qf=2200 GHz，τf=55 ppm/℃。

BaO-Sm2O3-TiO2體系的介電常數(shù) εr可達 70～90。K-H Cho[38]等人通過B2O3和CuO摻雜對BaSm2Ti4O12陶瓷進行低溫燒結研究。同時加入B2O3和CuO可使燒結溫度由1350℃降低到870℃。BaSm2Ti4O12中添加10.0mol％B2O3和20.0mol％CuO，在870℃保溫2 h，得到其微波介電性能為：εr=61.47，Qf=4 256GHz，τf=-9.25 ppm/℃。J-H Lim[39]等人在BaSm2Ti4O12中添加16.0mol％BaCu（B2O5）（BCB），在875℃燒結，得到陶瓷的介電性能為，εr=60，Qf=4500 GHz，τf=-30 ppm/℃。

3.2.2 鉛基鈣鈦礦體系

現(xiàn)階段研究較多的體系是（Pb1-xCax）（Zr1-mTim）O3（PCZT）體系。PCZT的燒結溫度達1450℃，此溫度下PbO揮發(fā)嚴重，使體系微觀結構不易控制，如何減少PbO的損失是研究的熱點問題。Huang等[40]研究了PbO揮發(fā)對PCZT類微觀結構和微波介電性能的影響及B位離子取代對PbO的揮發(fā)的抑制作用。PCZT體系具有介電常數(shù)高（εr＞100）、燒結溫度低等特點，但是在微波頻率下介質損耗較大。目前國內對其開展研究的較多，主要是針對兩方面進行：（1）進一步降低燒結溫度，以期望達到與金屬電極共燒；（2）降低其介質損耗，達到實用化。上海大學的卞建江等[41]采用了檸檬酸溶膠凝膠法制得了PCFN陶瓷，同時研究了其燒結特性及介電性能，相比固相法在保持良好性能的基礎上降低了燒結溫度。此外還對Zr取代的（Pb4.5Ca5.5）[（Fe1/2Nb1/2）1-xZrx]O3進行了研究，x=0.025，1200℃燒結2 h，性能達到最優(yōu)：εr=91，Qf=9 828 GHz，τf=9 ppm/℃。楊秋紅等[42]研究了La電荷平衡和非平衡置換Pb，Ca的（Pb1-xCax）（Fe1/2Nb1/2）O3陶瓷，發(fā)現(xiàn)平衡置換會引起介電損耗的增加，而非平衡置換能夠消除氧空位，從而改善微波介電性能，其性能為：εr＞100，Qf=5525～6105GHz，τf=7～15.7 ppm/℃。目前，對鉛基鈣鈦礦體系降低至1000℃以下的燒結研究還很少。

表3 低溫燒結CaO-Li2O-Ln2O3-TiO2系陶瓷的微波介電性能Tab.3 Microwave dielectric properties of CaO-Li2O-Ln2O3-TiO2 system ceram ics sintered at low temperature

3.2.3 CaO-Li2O-Ln2O3-TiO2體系

CaO-Li2O-Sm2O3-TiO2（CLST）具有優(yōu)異的微波介電性能，但由于其高達1300℃的燒結溫度，大大限制了其實際應用，因此，降低該體系陶瓷的燒結溫度具有重要意義。目前對于該體系微波介質陶瓷的低溫燒結研究不多，燒結溫度降低的很小，而且性能明顯劣化。李飛龍[43]等通過摻雜Li2O-B2O3-SiO2（LBS）玻璃將CLST燒結溫度由1 300℃降至1000℃，且無第二相生成，隨LBS摻雜量的增加，tanδ顯著降低，τf趨近于零。當LBS為10w t％時，CLST陶瓷在1000℃燒結3 h獲得最佳介電性能：tanδ為0.0045，τf為4ppm/℃，εr由105.0降至71.0。黃永峰[44]等通過添加Bi2O3使得CLST的燒結溫度降低到1200℃。摻入5w t％Bi2O3的CLST陶瓷取得了較好的介電性能：εr為93，tanδ為0.0078，τf為-29ppm/℃。Yoon等[45]通過摻雜5w t％B2O3-Li2O將（Ca0.275Sm0.4Li0.25）TiO3陶瓷的燒結溫度降低到1200℃，保溫3h燒結的試樣微波介電性能為：εr=98.7，Qf=5 390GHz，τf=-3.7 ppm/℃。Yongjun Gu[46]等研究了BaCu（B2O5）（BCB）作為燒結助劑對CLST陶瓷的燒結特性的影響，發(fā)現(xiàn)BCB能有效的使CLST的燒結溫度降低了250℃，當BCB添加量為4w t％，在1050℃保溫2h時微波介電性能良好：εr為81.4，tanδ為0.0212。本課題組[47，48]對CLST的低溫燒結也做了系統(tǒng)的研究，發(fā)現(xiàn)添加一定量的LBSAC低熔點玻璃，CaOB2O3-SiO2，Na2O-CaO-B2O3等復合氧化物，可有效的將其燒結溫度降低至900-950℃，但其微波介電性能也迅速降低，εr=60～70，Qf=1 000～3 000GHz，τf=±20 ppm/℃。

張啟龍等[49]通過添加ZnO來提高低溫燒結體系Ca [（Li1/3Nb2/3）0.8Ti0.2]O3-δ的Qf值（8800 GHz），發(fā)現(xiàn)微量添加時陶瓷的Qf隨ZnO含量增大而增大，在ZnO為3w t％時達到最大值11400 GHz左右。許多學者都研究了Bi2O3-ZBS，LiF，LiF-ZBS等3種助劑對Ca[（Li1/3Nb2/3）1-xTix]O3-δ陶瓷燒結和性能的影響[50-57]，如表3所示。摻雜Bi2O3-ZBS的陶瓷，ZBS在燒結后以非晶態(tài)形式存在，包裹主晶相，可獲得均勻致密的陶瓷，但由于大量的ZBS玻璃引入，極大的損害了材料的Qf。而摻雜LiF可改善低溫燒結陶瓷的性能，Qf值隨LiF增加而升高，但該LTCC材料與銀電極共燒中因LiF的揮發(fā)而導致微結構多孔現(xiàn)象。添加2w t％LiF-3w t％ZBS玻璃可使陶瓷燒結溫度降至900℃，降溫效果優(yōu)于單獨添加LiF（10w t％以上）或ZBS（8w t％以上）的。由于LiF添加量大幅度減少，同時ZBS玻璃能夠通過吸收Li+占據(jù)玻璃網(wǎng)絡結構中的空隙位置，促進了相轉變，抑制了Li2O的揮發(fā)，從而改善微結構和介電性能。添加2w t％LiF-3w t％ZBS的Ca[（Li1/3Nb2/3）0.84Ti0.16]O3-δ材料與Ag電極共燒實驗表明，陶瓷與銀電極結合緊密且界面清晰。

Takahashi等人[58]利用SrO置換部分CaO，獲得組成為CaO∶SrO∶Li2O∶Sm2O3∶Nd2O3∶TiO2=15∶1∶9∶6∶6∶63（CSLSNT）時其綜合微波介電性能達到最佳：εr=123，Qf= 4150GHz，τf=10.8 ppm/℃，但其燒結溫度高達1300℃。Kim等人[59]研究發(fā)現(xiàn)，BaCu（B2O5）（BCB）陶瓷具有優(yōu)異的微波介電性能：εr=7.4，Qf=50 000GHz，τf=-32 ppm/℃，特別是其燒結溫度非常低（810℃），并在850℃左右開始熔融，930℃熔化完全。在CSLSNT陶瓷中加入BCB，隨BCB的添加，陶瓷的燒結溫度降低，當加入量為10％時，燒結溫度降低至1050℃，且具有良好的微波介電性能：εr=77.3，Qf=4735 GHz，τf=-41.8 ppm/℃。本研究組[60]以CSLST-0.75-1/16為基礎組成，添加了5w t％LBSCA低熔點玻璃料，1000℃保溫5h可燒結，具有良好的性能：εr=84.74，Qf=2446GHz，τf= -12.48 ppm/℃，以CSLST-0.7-1/16為基礎組成，添加了5w t％BC-0.5w t％Li2CO3，950℃保溫5h可燒結，具有良好的性能：εr=84.71，Qf=1929GHz，τf=28.76 ppm/℃。

4 結語

高介電常數(shù)微波介質陶瓷及其低溫燒結的研究已經(jīng)開展了多年了，在國外已經(jīng)被深入研究和大量應用，國外少數(shù)公司掌握著核心技術，而國內擁有自主知識產(chǎn)權的材料體系和器件還比較少，產(chǎn)業(yè)規(guī)模不大。因此，國內今后的研究應該在以下幾方面開展：（1）尋找新的具有高介電常數(shù)的材料體系，通過對這些材料體系摻雜改性，進一步提高基礎材料的微波介電性能和降低燒結溫度；（2）尋找新的低溫燒結助劑，要求燒結助劑在能夠大幅降低燒結溫度的前提下，不顯著降低材料的性能；（3）探討燒結助劑與基體材料的相溶性及降溫機制；（4）應用先進的器件設計、成型技術，開展片式多層微波器件的研究，進一步向小型化、集成化方向發(fā)展。

1黃永峰，李謙，黃金亮等.高介電常數(shù)微波介質陶瓷的發(fā)展及研究現(xiàn)狀.硅酸鹽通報，2006，25（4）：115～119

2李標榮，王筱珍，張緒禮.無機電介質.武漢：華中理工大學出版社，1995：101～125

3NishigakiS.，Kato H.，Yano S.，etal.M icrowave dielectric propertiesof（Ba，Sr）O-Sm2O3-TiO2Ceram ics.Am.Ceram.Soc.Bull.，1987，66（9）：1405～1410

4 Kolar D.，Gaberscek S.，Stadler Z.，et al.High stability，low loss dielectrics in the system BaO-Nd2O3-TiO2-Bi2O3.Ferroelectrics，1980，27：269～272

5 Valant M.，Areon I.and Koder A..Extended X-ray absorption fine structure study of incorporation of Bi and Pb atoms into the crystal structureof Ba4.5Nd9Ti18O54.J.Mater.Res.，1997，12（3）：799～80

6張忱.日本微波介電陶瓷的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢.材料導報，1995（5）：46～48

7呂文中，張道禮，黎步銀等.高εr微波介質陶瓷的結構、介電性質及其研究進展.功能材料，2000，31（6）：572～576

8Cheng-Liang Huang and M in-HungWeng.The effectof PbO loss on m icrowave dielectric properties of（Pb，Ca）（Zr，Ti）O3ceram ic.Mater.Res.Bull.，2001：683～691

9 Kell R.C.，Greenham A.C.and OldsG.C.E.High-perm ittivity temperature-stable dielectric ceramics w ith low microwave loss.J.Am.Ceram.Soc.，1973，56（7）：352～354

10 Takahashi H.，Baka Y.，Ezaki K.，et al.Dielectric characteristics of（A1+1/2A3+1/2）TiO3ceram ics at m icrowave frequencies.Jpn.J.Appl.Phys.，1991，30（9B）：2339～2342

11 EzakiK.，Baba Y.，TakahashiH.，etal.M icrowavedielectric properties of CaO-Li2O-Ln2O3-TiO2ceram ics.Jpn.J.Appl.Phys.，1993，32（9B）：4319～4322

12 TakahashiH.，Baba Y.，EzakiK.，etal.M icrowavedielectric properties and crystal structure of CaO-Li2O-（1-x）Sm2O3-xLn2O3-TiO2（Ln：lanthanide）ceram ic system.Jpn.J.Appl.Phys.，1996，35（9B）：5069～5073

13Woo Sup Kim，Ki Hyun Yoon and Eung Soo Kim.Far-infrared reflectivity spectra of CaTiO3-Li1/2Sm1/2TiO3m icrowave dielectrics.Mater.Res.Bull.，1999，34（14/15）：2309～2317

14 Chen Y.C.and Cheng P.S.Substitution of CaO by BaO to improve the microwave dielectric properties of CaO-Li2O-Sm2O3-TiO2ceram ics.J.Ceram.Int.，2001，27：809～813

15張華，李月明，江良等.Sr2+置換改性Ca0.25（Li1/2Sm1/2）0.75TiO3陶瓷的微波介電性能研究.人工晶體學報，2010，39（3）：291～296

16陳國華.微波介質陶瓷及其低溫燒結研究進展.中國陶瓷工業(yè)，2004，11（5）：41～44

17 O.Dernovsek，A.Naeini，G.Preu，et al.LTCC glass-ceramic composites for m icrowave application.J.Eur.Ceram.Soc.，2001，21：1693～1697

18陳尚坤，楊輝，王家邦等.Ba4（Nd0.85Bi0.15）28/3Ti18O54陶瓷低溫化研究.材料科學與工程學報，2005，23（1）：84～87

19 In-Sun Cho，Dong-Wan Kim，Jeong-RyeolKim，etal.Low-temperaturesintering andm icrowavedielectricpropertiesofBaO·（Nd1-xBix）2O3·4TiO2by theglassadditions.Ceram.Int.，2004，30：1181～1185

20 Kyung-Hoon Cho，Jong-Bong Lim，Sahn Nahm，etal.Low temperature sintering of BaO-Sm2O3-4TiO2ceram ics.J Eur Ceram Soc.，2006，27（2-3）：1053～1058

21 Albina Y.，Borisevich P.K..Effectof V2O5doping on thesintering and dielectric properties of M-Phase Li1+xNb1-x-3yTix+4yO3ceramics.J Am Ceram Soc.，2004，87（6）：1047～1052

22 Qun Z.，Wei L.，Jian L.S.，et al.Effect of B2O3on the sintering and m icrowave dielectric properties of M-phase LiNb0.6Ti0.5O3ceram ics.J Eur Ceram Soc.，2007，27（1）：261～265

23Choi J.W.，Kang C.Y.，Yoon S.J.，etal.M icrowave dielectric properties of B2O3doped Ca [（Li1/3Nb2/3）0.9Ti0.1]O3ceram ics.Ferroelectrics，2001，262：167～172

24童建喜，張啟龍，朱玉良等.低溫燒結Ca[（Li1/3Nb2/3）0.7Ti0.3]O3-δ陶瓷及其微波介電性能.材料科學與工程學報，2003，21（6）：859～861

25張啟龍，楊輝，魏文霖等.摻雜ZnO-B2O3低溫燒結BiNbO4介質陶瓷的研究，硅酸鹽通報，2004.4：79～81

26 Ko S.K.and Kim K.Y.Characteristicsof tappedm icrostrip bandpass filter in BiNbO4ceram ics.J.Mater.Sci.：Mater.Electron.，1998，9：351～356

27 Kim D.H.，Lim S.K.，Hee B.H.，etal.Low temperature sintering ceramics in ZnO-RO2-TiO2-Nb2O5（R=Sn，Zr，Ce）ceramic system with FeVO4addition（A）.IEEE 7th InternationalConference on Solid Dieletrics（C）.Eindhoven，Netherlands，2001：195～198

28 Sung H.Y.，Dong W.K.，Seo Y.C.，et al.Phase analysis and m icrowave dielectric propertiesof LTCC TiO2with glass system.J.Eur.Ceram.Soc.，2003，23：2549～2552

29 Kim D.W.And Lee D.G..Low-temperature firing and m icrowave dielectric properties of BaTi4O9w ith Zn-B-O glass system.Mater.Res.Bull.，2001，36：585～595

30 Kim D.W.Structural transition andm icrowave dielectric propertiesof ZnNb2O6-TiO2sintered at low temperatures.Jpn.J.Appl.Phys.Part I，2002，41（3A）：1465～1469

31張啟龍，楊輝，王家邦等.低溫燒結ZnNb2O6/TiO2復合陶瓷的制備及介電性能研究.材料科學與工程學報，2003，21（5）：694～696

32 Zhang Y.C.，Yue Z.X.，Gui Z.L.，et al.Effectsof CaF2 addition on the m icrostructure and microwave dielectric properties of ZnNb2O6ceram ics.Ceram.Int.，2003，9（5）：555～559

33 Yang Q.H.，Kim E.S.，Kim Y.J.，et al.Effect of PbO-B2O3-V2O5glass on the m icrowave dielectric properties of ceram ics.Mater.Chem.Phys.，2003，79：236～238

34Ota Y.，Kakimoto K.I.，Ohsato H.，etal.Low-temperaturesintering of Ba6-3xSm8+2xTi18O54m icrowave dielectric ceram ics by B2O3and GeO2addition.J.Eur.Ceram.Soc.，2004，24（6）：1755～1760

35 O.Dernovsek，A.Naeini，G.Preu，et al.LTCC glass-ceram ic composites for microwave application.J.Eur.Ceram.Soc.，2001，21：1693～1697

36陳尚坤，楊輝，王家邦等.Ba4（Nd0.85Bi0.15）28/3Ti18O54陶瓷低溫化研究.材料科學與工程學報，2005.23（1）：84～87

37 In-Sun Cho，Dong-Wan Kim，Jeong-Ryeol Kim，etal.Low-temperature sintering and m icrowave dielectric properties of BaO·（Nd1-xBix）2O3·4TiO2by the glass additions.Ceram.Int.，2004，30：1181～1185

38 Kyung-Hoon Cho，Jong-Bong Lim，Sahn Nahm，etal.Low temperature sintering of BaO-Sm2O3-4TiO2ceram ics.J Eur Ceram Soc.，2006，27（2-3）：1053～1058

39 Jong-Bong Lim，Kyung-Hoon Cho，Sahn Nahm，etal.Effectof BaCu（B2O5）on the sintering temperature and m icrowave dielectric properties of BaO-Ln2O3-TiO2（Ln=Sm，Nd）ceram ics.Mater Res Bull.，2006，41：1868～1874

40 Huang C.L.，Weng M.H..The effect of PbO loss onm icrowave dielectric properties of（Pb，Ca）（Zr，Ti）O3ceram ics.Mater Res Bull.，2001（36）：683～691

41 Bian J.J.，Wang X.W.，Zhong Y.G..，et al.Preparation and m icrowave dielectric propertiesof（Pb0.45CaO0.55）（Fel/2Nbl/2）O3ceramicsby citrate-gelprocessingroute.J Mater Sci：Materials in Elecronics，2002，13：125～129

42楊秋紅，金應秀，徐軍.固溶率因子對{（Pb，Ca，La）FeNb}O3陶瓷微波介電性能的影響.硅酸鹽學報，2002，30（5）：554～558

43李飛龍，黃金亮，楊留栓等.Li2O-B2O3-SiO2摻雜低溫燒結CLST陶瓷的介電性能.電子元件與材料，2009，28（5）：50～53

44黃永峰，李謙，黃金亮等.Bi2O3摻入對CLST微波介質陶瓷性能的影響.電子元件與材料，2006，12：51～52

45 Yoon K H，Park M S，Cho JY，et al.Effect of B2O3-Li2O on m icrowavedielectric propertiesof（Ca0.275Sm0.4Li0.25）TiO3ceram ics.JEur Ceram Soc.，2003，23：2423～2424

46 Yongjun Gu，Jinliang Huang and YingWang.Low temperature firing of CaO-Li2O-Sm2O3-TiO2ceram icswith BaCu（B2O5）addition.Solid StateCommun.，2009，149：555～558

47李月明，張斌，宋婷婷.CBS摻雜Ca0.3（Li1/2Sm1/2）0.7TiO3微波介質陶瓷低溫燒結研究.武漢理工大學學報，2010，32（7）：20～24

48李月明，宋婷婷，尤源.Ca0.3（Lil/2Sml/2）0.7TiO3微波介質陶瓷的低溫燒結研究.無機材料學報，2008，23（6）：1293～1297

49張啟龍，楊輝，童建喜.低溫燒結Ca[（Li1/3Nb2/3）0.8Ti0.2]O3-δ微波介質陶瓷摻雜改性.陶瓷學報，2006，27（1）：43～46

50 Choi JW，Kang C Y，Yoon S J，etal.M icrowave dielectric properties of B2O3doped Ca[（Li1/3Nb2/3）0.9Ti0.1]O3-δceram ics.Ferroelectrics，2001，262：167～168

51 Ha JY，Choi JW，Yoon S J，et al，M icrowave dielectric properties of Bi2O3-doped Ca[（Li1/3Nb2/3）1-xTix]O3-δceram ics.JEur Ceram Soc.，2003，23：2413～2414

52 Tong JX，Zhang Q L，Yang H，etal.Low-temperature firing andm icrowave dielectric propertiesof Ca[（Li1/3Nb2/3）0.84Ti0.16]O3-δceramics for LTCC application.JAm Ceram Soc.，2007，90：845～846

53 Liu P，Ogawa H，Kim E S，et al.M icrowave dielectric properties of low-temperature sintered ceram ics.JEur Ceram Soc.，2004，24（6）：1761～1764

54童建喜，張啟龍，楊輝等.片式多層微波器件用Ca[（Li1/3Nb2/3）0.8Ti0.2] O3-δ微波介質陶瓷的制備.稀有金屬材料與工程，2005，34（6）（supl.）：812～815

55 Tong JX，Zhang Q L，Yang H，etal.Low-temperahme firing andm icrowave dielectric properties of Ca[（Li1/3Nb2/3）0.9Ti0.1]O3-δCeramics with LiFaddition.Mater Lett.，2005，59（26）：3252～3255

56 Tong JX，Zhang Q L，Yang H，etal.Low-temperahme firing andm icrowave dielectric properties of Ca[（Li1/3Nb2/3）0.84Ti0.16]O3-δceram ics for LTCC applications.JAm Ceram Soc.，2007，90（3）：845～849

57張啟龍.低溫燒結微波介質陶瓷及多層片式帶通濾波器的研究.杭州：浙江大學博士論文，2004

58 TakahashiH，Baba Y，Ezaki K，et al.M icrowave dielectric properties and crystal structure of CaO-Li2O-（1-x）Sm2O3-xLn2O3-TiO2（Ln：lanthanide）ceramic system.Jpn J Appl Phys.，1996，35（9B）：5069～5073

59Woo S.K.，Ki H.Y.，Eung S.K..Far-infrared reflectivity spectra of CaTiO3-Li1/2Sm1/2TiO3m icrowave dielectrics.Mater Res Bull.，1999，34（14/15）：2309～2317

60張華.CaO-SrO-Li2O-Sm2O3-TiO2微波介質陶瓷介電性能及低溫燒結研究.景德鎮(zhèn)陶瓷學院碩士論文，2010