中国粉体网讯 微波介质陶瓷是近几十年发展起来的一种新型功能陶瓷材料，可应用于微波频段（主要是300MHz～30GHz）电路中作为介质材料并完成一种或多种功能，是制造滤波器、谐振器、振荡器、移项器等微波元件的关键材料。随着微波通信技术向毫米波段扩展，新型毫米波器件和系统快速发展，对微波介质陶瓷的介电性能提出了更高的要求。
材料的微波介电性能与组织结构密切相关，可以通过调节粉体配方和工艺条件来改变材料的显微组织，并以此调节其介电性能。在微波介质陶瓷的制备过程中，其制备技术直接影响所得陶瓷材料的致密程度、晶粒尺寸、晶粒分布、晶界及内应力等，进而影响陶瓷的介电性能。陶瓷材料中致密度越高、晶粒尺寸越大，晶粒分布越均匀，其介电常数越高，品质因数越低。
1、粉体制备技术
（1）固相反应法
通常，微波介质陶瓷粉体采用固相反应法合成。该方法是将多种氧化物粉料混合、煅烧，经机械研磨而获得粉体，具有设备、工艺简单，易于工业化生产等优点。但是通过这种方法难以获得高纯度的物相，同时不能确保粉体成分分布的均匀性。此外，制备的粉体粒径较大，反应活性较差导致陶瓷的烧结温度较高。
（2）溶胶-凝胶法
溶胶-凝胶法是指金属醇盐或无机盐化合物经过水解、缩聚再经热处理而成的氧化物或其它化合物固体的方法。使用溶胶-凝胶法可获得细、均匀、纯度高的粉体，并且烧结温度有所降低。
溶胶-凝胶法相比传统固相法来说，有较低的粉体合成温度和烧结温度，避免了机械研磨过程中引入杂质，且组分混合均匀，易得到化学组分准确的多组分材料。但其粉料成本较高，工艺复杂，生产周期较长，较难实现产业化。
（3）熔盐法
熔盐法是通过在常规固相反应中引入低熔点盐作为助熔剂来合成物质的一种新方法。低熔点盐的引入导致合成过程中有液相出现，大大加快了离子的扩散速率。
尽管熔盐法工艺简单、粉体合成温度低、保温时间短、合成粉体的化学成分均匀、产物的形貌易控制，但是烧结过程中熔盐的挥发易对炉体造成污染，同时熔盐法制备的微波介质陶瓷的介电性能普遍降低，且原因尚不清楚。
（4）水热法
水热法是近几年发展起来的最适合规模生产陶瓷粉体的湿化学制备方法。其基本原理是：把在常温常压下不易被氧化的物质，以水溶液作为介质在密封的压力容器中进行材料合成，粉体的形成经历了一个溶解-结晶过程。与传统固相法相比，水热法制得粉体粒径很小且分布均匀，团聚程度小，并且该方法投资少、能耗低、无污染、产量也较高。
（5）共沉淀法
共沉淀法是利用各种组分元素的可溶性金属盐类，按一定比例配制成溶液，然后加入合适的沉淀剂，各金属离子形成均匀沉淀，通过调节溶液的浓度和pH值等来控制沉淀粉体的性能，将沉淀物煅烧得到组分均匀的氧化物混合体。
共沉淀法的优点在于制备工艺简单、成本低、制备条件易于控制，并且它的合成周期短、组成成分均匀。但在制备过程中由于沉淀剂的加入会使局部浓度过高，产生团聚或组成不够均匀，并且残留的Zn2+、Mg2+等离子难以析出，大大影响微波介质陶瓷的介电性能。
（6）微乳液法
微乳液是将反应物溶液在油类相、表面活性剂或助表面活性剂的作用下形成热力学稳定、各相同性、外观透明或半透明的分散体系。其中每个被表面活化剂和油类相包裹的液珠都是一个反应微胞团，然后将生成的纳米颗粒从乳状液中分离、清洗、干燥后即可得到细小均匀的粉体。
微乳液法可以制备出纳米级的陶瓷粉体，并且粉体大小和形态受表面活性剂的种类和水核尺寸的影响。采用该法能有效降低粉体的合成温度和陶瓷烧结温度，同时材料的微波介电性能变化不大。但由于要使均匀分散在连续油相中的水相维持热力学稳定，导致该法工艺比较复杂，限制了其应用。
2、微波介质陶瓷烧结技术
（1）常压固相烧结技术
常压固相烧结是指在大气压下烧结坯体的过程，又因在烧结过程中无需额外施加压力，故又称无压固相烧结。常压固相烧结是一种最常用的烧结方法，具有简便易行、制备成本低廉、使用范围广等特点。
常压固相烧结时，烧结温度往往对烧结过程起着决定性的作用，烧结温度越高，固相扩散越快，烧结速度将得到提升。但烧结温度过高，可能会导致固相组织粗大，致密性降低，影响其微波性能。
（2）压力烧结
压力烧结是指在加热烧结时对烧结体施加一定的压力以促进致密化的烧结方法。加压烧结是基于无压烧结发展而来，与无压烧结技术相比，压力烧结技术具有烧结温度低、晶粒细小等特点，且在非氧化物陶瓷领域具有很大的发展空间。热等静压烧结能够改变功能陶瓷的组织结构，从而影响其介电性能，但目前在介质陶瓷领域应用较少。
（3）微波烧结
在微波烧结过程中，特殊波段的微波可直接与材料物质粒子（分子、离子）相互作用，与材料的基本细微结构耦合产生热量从而实现加热。该方法可以降低烧结温度，改善显微组织，并且还是一种对环境友好的方法。
相比传统固相烧结，微波烧结具有加热速度快、温度场均匀、烧结时间短、高效节能等优点，能显著改善材料的显微组织，有利于微波介电性能的提高。但由于微波介质陶瓷通常是微波透明材料，难以吸收微波，导致初期加热困难；此外，加热炉腔内不均匀的电磁场分布可能会使材料出现局部热失控导致其开裂。
（4）放电等离子烧结
放电等离子烧结（SPS）通过承压导电模具加上可控脉冲电流对粉体进行烧结。该技术利用体加热和表面活化实现材料的超快速致密化烧结，且所得烧结体晶粒均匀，致密度高，可广泛用于磁性材料、功能梯度材料、纳米陶瓷、纤维增强陶瓷和金属间化合物等一系列新型材料的烧结。
相比于传统方法，等离子烧结在保持高温高速的同时，能够有效地抑制陶瓷晶粒的生长。但是其过快的升温速率有可能导致样品开裂，影响坯体的烧结。
（5）反应烧结
反应烧结是指在添加物的作用下发生化学反应，同时进行烧结的方法。在此过程中，原材料不需要经过煅烧和球磨，而能够直接被压制和烧结，是获得高密度陶瓷的有效方法。与传统固相法相比，反应烧结在保持陶瓷介电性能不变的同时，仍具有工艺简单、节约能源等优点，在这一领域是一种非常有潜力的方法。
（6）烧结助剂
对于难以烧结致密或要求低温烧结的陶瓷体系，通常需要添加低熔点的氧化物或玻璃相等烧结助剂。普遍认为，在烧结过程中烧结助剂在颗粒之间形成液相，加速了传质，进而促进烧结。常用作烧结助剂的添加剂有低熔点氧化物（如B2O3、Bi2O3、V2O5、CuO、ZnO），低熔点氟化物（如LiF、MgF2、CaF2），低熔点玻璃（如ZnO-B2O3、Li2O-ZnO-B2O3、ZnO-B2O3-SiO2）和稀土氧化物（如CeO2、Nd2O3）。
烧结助剂在烧结过程中可以形成液相加速传质，可改善陶瓷的烧结特性。但烧结助剂在烧结后往往在晶界富集，易使晶粒表层产生化学计量比偏离等晶格缺陷，并且还可能与基体反应生成第二相。此外，有些添加剂所含多价态离子在烧结过程中会产生变价，导致氧空位浓度改变，从而影响材料的微波介电性能。因此，选择合适的烧结助剂十分重要。
3、小结
微波介质陶瓷的粉体制备技术和烧结技术对其微观结构、显微组织和介电性能具有重要的影响，因此在不断探索新型成分体系的同时，还应重视研究其制备技术的研究与应用。
参考资料：
胡杰等.微波介质陶瓷制备技术研究进展.南京工程学院
程鹏等.微波介质陶瓷制备技术研究进展.南京航空航天大学
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