鈮鉭酸鹽微波介質(zhì)陶瓷材料

前言

　　微波介質(zhì)陶瓷是近20多年來迅速發(fā)展起來的一種新型功能陶瓷。它不僅可以用作微波電路中的絕緣基片材料，也是制造微波介質(zhì)濾波器和諧振器的關(guān)鍵材料。?　　早在1939年，R.D.Richtmyer就曾嘗試將電介質(zhì)材料應(yīng)用于微波技術(shù)，并從理論上證明了電介質(zhì)在微波電路中用作為介質(zhì)諧振器的可能性，但是直到最近一二十年電介質(zhì)材料才得到廣泛使用，其發(fā)展推動(dòng)力主要源于微波移動(dòng)通信的發(fā)展需求。在20世紀(jì)后期，信息處理技術(shù)與電子信息數(shù)字化技術(shù)獲得了驚人的成就和發(fā)展，這兩者的結(jié)合將通信系統(tǒng)推上了一個(gè)前所未有的高峰。通信的終極目的是要能“在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)與任何人聯(lián)系”。這一要求必然要將移動(dòng)通信推上極重要的發(fā)展地位，從而要求通信機(jī)的可移動(dòng)性、便攜性、小型化和微型化。同時(shí)，為了擴(kuò)大用戶容量，就必須提高載波頻率，這樣，就將移動(dòng)通信推上了微波頻段。為此需要開發(fā)一系列適合于微波范圍內(nèi)具有高性能、高可靠工作特性的電子材料與元器件。微波介質(zhì)陶瓷正是在這一背景下迅速發(fā)展起來的適合這一要求的最佳電介質(zhì)材料，它具有低微波損耗、高介電常數(shù)、頻率溫度系數(shù)小等特點(diǎn)。此外，與金屬空腔諧振器相比，它還具有體積小、質(zhì)量輕、溫度穩(wěn)定性好、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。目前，微波介質(zhì)陶瓷材料已廣泛用于制作各種微波器件，如穩(wěn)頻振蕩器、濾波器等各種介質(zhì)諧振器以及介質(zhì)基片、天線和片式電容器，能夠滿足現(xiàn)代微波通信、移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信、廣播電視、雷達(dá)、電子對(duì)抗、制導(dǎo)等技術(shù)對(duì)微波電路集成化、微型化、高可靠性和低成本的要求。?　　隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是移動(dòng)通信向著高可靠和小尺寸方向發(fā)展，對(duì)微波介質(zhì)材料提出了更高的要求，微波介質(zhì)陶瓷已成為近年來功能陶瓷最活躍的研究領(lǐng)域之一，成為世界性的研究熱點(diǎn)。最明顯的例子就是在眾多的有關(guān)材料科學(xué)的國(guó)際和國(guó)內(nèi)會(huì)議上，有關(guān)微波介質(zhì)陶瓷的文章和報(bào)告比例在逐年增加，而且許多國(guó)際會(huì)議也都專門設(shè)立了微波陶瓷專題分會(huì)，如美國(guó)陶瓷學(xué)會(huì)年會(huì)，另外自2000年開始每?jī)赡昱e行一次微波陶瓷國(guó)際會(huì)議。所有這些都顯示微波介質(zhì)陶瓷時(shí)代已經(jīng)來臨。?　　根據(jù)美國(guó)英特爾公司估計(jì)，2002年亞洲手機(jī)的產(chǎn)量為3.5億部，每部手機(jī)按使用兩只諧振器計(jì)算，需要7億只諧振器，這個(gè)數(shù)量還有增加的趨勢(shì)，目前供不應(yīng)求。另據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)是移動(dòng)通信使用微波介質(zhì)諧振器的最大市場(chǎng)。目前在國(guó)內(nèi)，生產(chǎn)移動(dòng)通信手機(jī)的工廠有摩托羅拉、愛立信、廈華、康佳、諾基亞、西門子等近50家企業(yè)，手機(jī)的年產(chǎn)量超過1億部。微波介質(zhì)諧振器、濾波器是手機(jī)整機(jī)產(chǎn)品的重要組成元器件。預(yù)計(jì)每年我國(guó)對(duì)微波介質(zhì)諧振器、濾波器的需求將超過兩億只，目前基本依賴進(jìn)口。因此，研制擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的微波介質(zhì)陶瓷新材料，開發(fā)微波介質(zhì)元件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工技術(shù)以及快速檢測(cè)技術(shù)，促進(jìn)我國(guó)微波介質(zhì)陶瓷高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的形成與發(fā)展，成為事關(guān)國(guó)家長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展和國(guó)家安全的戰(zhàn)略性、前沿性和前瞻性的高技術(shù)問題。

內(nèi)容概要

本書系統(tǒng)地介紹了微波介質(zhì)陶瓷材料的特性、結(jié)構(gòu)、分類、制備方法、表征手段及其應(yīng)用，在此基礎(chǔ)上，重點(diǎn)論述了鈮鉭酸鹽微波介質(zhì)陶瓷材料的結(jié)構(gòu)與性能。全書共分8章：第一章論述了微波介質(zhì)陶瓷材料的研究背景、特性、結(jié)構(gòu)、分類、制備方法、表征手段及其應(yīng)用；第二章介紹了鈮鉭酸鹽微波介質(zhì)陶瓷材料的固相法制備技術(shù)及其結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系；第三章和第四章詳細(xì)介紹了單一氟化物摻雜和多種氧化物聯(lián)合摻雜對(duì)鈮酸鋅陶瓷低溫?zé)Y(jié)的作用機(jī)理以及對(duì)其微波介電性能的影響；第五章和第六章介紹了不同晶位離子取代對(duì)鈮酸鋅陶瓷結(jié)構(gòu)與性能的影響以及材料介電性能的調(diào)控方法；第七章介紹了鈮酸鋅和鉭酸鋅兩相復(fù)合陶瓷的結(jié)構(gòu)與性能；第八章介紹了關(guān)于鈮鉭酸鹽微波介質(zhì)陶瓷材料的重要結(jié)論和對(duì)21世紀(jì)微波介質(zhì)陶瓷材料的展望。本書內(nèi)容豐富，學(xué)術(shù)思想新穎，敘述系統(tǒng)，是國(guó)內(nèi)第一本系統(tǒng)介紹微波介質(zhì)陶瓷材料的專著。    本書可供從事材料科學(xué)與工程的研究院所的研究人員、高等學(xué)校教師與研究生，以及從事電子材料、通信及電子元器件等領(lǐng)域相關(guān)企業(yè)研發(fā)的工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

前言第一章  緒論  1.1  概述  1.2  微波介質(zhì)陶瓷材料的基本特征  1.3  國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及進(jìn)展  1.4  微波介質(zhì)陶瓷的制備方法  1.5  微波介質(zhì)陶瓷介電性能的測(cè)試  1.6  微波介質(zhì)陶瓷的應(yīng)用  1.7  低溫?zé)Y(jié)微波介質(zhì)陶瓷  1.8  鈮鉭酸鹽微波介質(zhì)陶瓷  1.9  本書的主要研究?jī)?nèi)容第二章  固相法合成ZNNB2O6微波介質(zhì)陶瓷的結(jié)構(gòu)與性能  2.1  實(shí)驗(yàn)方法  2.2  鈮酸鋅陶瓷的結(jié)構(gòu)與性能  2.3  本章小結(jié)第三章  CAF2摻雜低溫?zé)Y(jié)ZNNB2O6微波介質(zhì)陶瓷結(jié)構(gòu)與性能  3.1  實(shí)驗(yàn)方法  3.2  低溫?zé)Y(jié)鈮酸鋅陶瓷的結(jié)構(gòu)與性能  3.3  本章小結(jié)第四章  CUO-V2O5-BI2O3摻雜低溫?zé)Y(jié)ZNNB2O6微波介質(zhì)陶瓷結(jié)構(gòu)與性能  4.1  實(shí)驗(yàn)方法  4.2  低溫?zé)Y(jié)鈮酸鋅陶瓷的結(jié)構(gòu)與性能  4.3  鈮酸鋅陶瓷與AG電極共燒界面研究  4.4  本章小結(jié)第五章  A位離子取代對(duì)ZNNB2O6微波介質(zhì)陶瓷結(jié)構(gòu)與性能的影響  5.1  實(shí)驗(yàn)方法  5.2  （ZN1-XMGX）NB2O6陶瓷的結(jié)構(gòu)與性能  5.3  本章小結(jié)第六章  B位離子取代對(duì)ZNNB2O6微波介質(zhì)陶瓷結(jié)構(gòu)與性能的影響第七章(1-X)ZNNB206-XZNTA2O6系復(fù)合微波介質(zhì)陶瓷結(jié)構(gòu)與性能第八章  結(jié)論及展望參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　在上述方法中，溶膠一凝膠法有利于制備理想樣品，進(jìn)行性能及微觀結(jié)構(gòu)研究，共沉淀法簡(jiǎn)單實(shí)用，對(duì)研究和應(yīng)用均有一定價(jià)值。水熱法最有希望形成規(guī)模生產(chǎn)，但仍需進(jìn)一步優(yōu)化。濕化學(xué)法合成的微波介質(zhì)陶瓷的性能與合成條件的關(guān)系是有待進(jìn)一步研究的重要課題?！　?．5微波介質(zhì)陶瓷介電性能的測(cè)試　　微波介質(zhì)陶瓷材料已廣泛用于制作各種微波器件，如穩(wěn)頻振蕩器、濾波器等各種介質(zhì)諧振器以及介質(zhì)基片、天線和片式電容器等，在現(xiàn)代微波通信、移動(dòng)通信和衛(wèi)星通信等高技術(shù)領(lǐng)域正發(fā)揮著越來越顯著的作用，因此準(zhǔn)確測(cè)量其微波介電性能顯得尤為重要。而對(duì)于微波介質(zhì)陶瓷材料介電性能指標(biāo)的測(cè)試技術(shù)目前在我國(guó)還處于比較落后的狀態(tài)，嚴(yán)重制約了我國(guó)微波介質(zhì)陶瓷行業(yè)的發(fā)展。造成這一現(xiàn)象的主要原因是目前的測(cè)試方法所采用的儀器設(shè)備非常昂貴，而且測(cè)量方法和測(cè)試技術(shù)也非常復(fù)雜和繁瑣。近年來，由于國(guó)家對(duì)微波介質(zhì)陶瓷開始重視，已有許多單位研制開發(fā)出微波介質(zhì)陶瓷介電性能測(cè)試系統(tǒng)，這對(duì)我國(guó)微波介質(zhì)陶瓷的發(fā)展起到了較大的推動(dòng)作用。微波介質(zhì)陶瓷材料的介電性能參數(shù)主要包括介電常數(shù)、介質(zhì)損耗（或品質(zhì)因數(shù)）和頻率溫度系數(shù)。微波介質(zhì)陶瓷的介電性能一般應(yīng)在微波頻率下測(cè)量?！　?．5．1材料介電性能測(cè)試方法概述　　對(duì)于不同性能的微波介質(zhì)陶瓷材料，在微波頻率采用那種方法測(cè)定其介電性能，以及如何才能更有效、更精確的測(cè)定與評(píng)價(jià)，一直是微波介質(zhì)陶瓷材料研制與開發(fā)中需要解決的關(guān)鍵問題之一。隨著微波通信技術(shù)和微波介質(zhì)材料的迅速發(fā)展，微波介質(zhì)陶瓷材料介電性能的測(cè)試技術(shù)和方法也有了較大的進(jìn)展。一般認(rèn)為材料的介電性能的測(cè)定方法主要取決于測(cè)量頻率、介電常數(shù)的大小、介質(zhì)損耗的大小以及試樣尺寸等因素。在微波頻段，材料介電性能的測(cè)定主要有傳輸線法和諧振法兩大類。其中傳輸線法又可分為反射法和透射法，而諧振法可以進(jìn)一步劃分為諧振器法和微擾法。兩端短路型、微波集成電路（MIC型）和鏡像型介質(zhì)諧振器法。

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