微波介质陶瓷(MWDC)是近年来国际上对电介质材料研究的一个新动向， 是微波移动通信发展的迫切需求。尽管现有的微波材料体系微波介电性能十分 优异，但由于烧结温度过高，无法同片式多层微波器件的内电极浆料共烧，大 大限制了微波器件小型化和集成化发展。因而，研究开发一种适用于片式多层 微波器件用的低温烧结微波介质材料体系，是一个非常重要的课题。本文采用 固相反应法制备Bi基陶瓷，通过对材料组分-结构-性能研究，获得了介电常数 系列化的Bi基低温烧结微波介质材料。 本文运用SEM、X衍射技术、热分析等分析手段，对BiNbO4基材料的结 构和性能进行了表征和研究。发现纯BiNbO4虽然无法成瓷，但是CuO、V2O5 等添加后均可使样品在1000℃的低温下获得致密的微观形貌和较好的微波性 能；在研究了工艺过程、CuO和V2O5以及联合添加对材料烧结特性、结构和性 能影响的基础上，优化出介电常数为43的微波介质材料。 通过分析国内外关于BZN三元体系介质材料和微波介电性能研究基础，首 次制备出BZN系材料中Qf值高达3500的材料；以此材料为基础配方，通过研 究A位离子、B位离子置换取代对于材料结构和性能的影响，设计优化并制备 出介电常数为60～65的微波介质材料。该材料是目前关于介电常数为60～65的 Bi基介质材料中Qf值最高的体系。 通过对已经研究开发的CG组BZN基MLCC材料结构和微波性能的研究 分析，优化出介电常数大于90的微波介质材料，该材料可以在925℃温度下烧 结。利用此材料可以制作出中心频率为2.5GHz，Q值高达250的片式多层谐振 器，为Bi基微波介质材料的实用化研究奠定了基础。 在系列化材料的研究开发过程中，发现了α-BCdN相材料具有162的高介 电常数和1200的高Qf值，是目前国内外研究报道的具有较高Qf值的低温烧结 材料中介电常数最高的材料体系。因此，有望在Bi基材料中获得更高介电常数 的低温烧结微波介质。 结合Bi基介质材料的介电温谱的研究，发现介电弛豫现象是许多Bi基介 质材料的温谱特征。进一步的研究表明，低频低温下松弛极化的存在导致了介 质材料具有较大的微波损耗，因而低频低温下是否具有松弛极化可以作为判断 材料能否作为微波介质材料的必要条件。它对于快速筛选Bi基微波介质材料的 基础配方、加快Bi基微波介质材料的研究开发具有非常重要的意义。介电弛豫 的存在也解释了CuO添加过程中介电常数温度系数急剧增加的实验现象；同时 可以揭示低对称相的材料反而比高对称性的材料更容易获得高Q值的原因。 本文在Bi基材料组份-结构-性能之间关系详细研究的基础上，发现低微波 频段下，Bi基介质材料的介电常数、温度系数和介电损耗三者同时受材料相结 构和微观形貌的影响。其中相结构影响最为显著，它在很大程度上决定了介电 常数、温度系数的范围和介电损耗的数量级。组份-结构-性能之间的关系，是 合理设计Bi基微波介质材料的基础。 主题词：Bi基 微波介质材料 结构-性能关系 介电弛豫 研究类型：应用基础