Zn0.15 Nb0.3 Ti0.55-x(Co1/3 Nb2/3)x O2陶瓷的微波介电性能研究

张文娟

(河北中瓷电子科技股份有限公司,河北 石家庄 050200)

随着移动通讯、卫星电视、车载雷达、全球定位系统(GPS)等微波技术的飞速发展,微波器件及整机设备的小型化、集成化、高频化、多频化及低成本化已成为当前微波技术领域发展的必然趋势[1-5]。微波介质陶瓷是制造微波频段下介质谐振器、介质滤波器等元器件的关键材料,要求其具有较高的介电常数来减小微波器件的尺寸,更高的品质因数来降低损耗,近零的谐振频率温度系数来增加其频率的稳定性。金红石结构的Zn0.15Nb0.3Ti0.55O2[6]有着较好的微波介电性能:εr=91,Q×f=10000 GHz,且烧结温度适中(1050℃),但是它的谐振频率温度度系数太大(τf=353×10-6/℃),限制了其应用。Li 等研究者在文章中探讨了Zn0.15Nb0.3Ti0.55O2陶瓷在低温共烧陶瓷(LTCC)方面的潜在应用[7],研究表明Zn0.15Nb0.3Ti0.55O2陶瓷中掺入质量分数1.5% Li2O-B2O3-SiO2,可以使烧结温度降到900℃,且保持较大的介电常数εr=73.6,较高的品质因数Q×f=8000 GHz,但是其谐振频率温度系数依然较大(τf=270×10-6/℃)。随后Chen等研究者考虑用离子取代的方式来调节τf值,发现用Ta5+取代Nb5+可以改善Zn0.15Nb0.3Ti0.55O2陶瓷的微波介电性能[8],但其值依然过大。也有一些研究表明()取代Ti4+可以提高微波介质陶瓷的Q×f值,且降低值,但烧结温度偏高,目前对于低温烧结的金红石结构的微波介质陶瓷研究报道很少。本文重点研究了(Co1/3Nb2/3)4+掺杂对Zn0.15Nb0.3Ti0.55-x(Co1/3Nb2/3)xO2(x=0,0.05,0.15,0.25,0.35,0.4,0.45,0.55)陶瓷相组成、微观形貌以及微波介电性能的影响,在1075℃烧结,获得最佳的微波介电性能:εr=35.44,Q×f=25862 GHz,τf=5.2×10-6/℃。

1 实验

实验以分析纯级的ZnO,TiO2,Co2O3,Nb2O5作为原料,采用固相烧结法制备陶瓷样品。按照Zn0.15Nb0.3Ti0.55-x(Co1/3Nb2/3)xO2(x=0,0.05,0.15,0.25,0.35,0.4,0.45,0.55)化学式分别配料,然后将配好的料放入球磨罐中,以去离子水为分散剂,氧化锆为球磨介质,在280 r/min下行星球磨7 h。……