A空位復合鈣鈦礦陶瓷的結構協(xié)調與微波介電性能的研究.pdf

1、微波介質陶瓷，因具有高介電常數(shù)εr、高品質因數(shù)Q、低諧振頻率溫度系數(shù)ιf的特點，而作為微波元器件廣泛應用于在微波通信領域。其中，通式為A2+(B2+1/3B5+2/3)O3的復合鈣鈦礦結構微波介質陶瓷性能尤為特出，所以倍受關注。但是，目前關于復合鈣鈦礦結構材料的研究大多集中在具有B位有序結構的材料上，對于具有A位有序結構的材料的研究很少。La2/3(Mg1/2W1/2)O3和Ln2/3TiO3(Ln：稀土元素)正是一類A空位有序的復合鈣

2、鈦礦結構材料。其結構中A位離子有序-無序的變化和空穴濃度相互影響，并共同影響著材料的微波介電性能。因此，我們選用La2/3(Mg1/2W1/2)O3和Ln2/3TiO3(Ln：La，Nd，Sm)為模型，研究A位離子摻雜(Li+，Na+，K+)對A空位復合鈣鈦礦陶瓷的結構與微波介電性能的影響規(guī)律。同時，通過對材料的結構協(xié)調與改性，獲得性能良好的的新型微波介質材料。研究的結果如下： 用Na+摻雜La2/3(Mg1/2W1/2)O3研

3、究了La(2-x)/3Nax(Mg1/2W1/2)O3(x=0-0.5)(LNMW)的微結構，燒結性能和微波介電性能。結果表明：所有LNMW具有單相結構。LNMW具有良好的燒結性能，摻Na后樣品的燒結溫度明顯增加。LNMW的晶體結構隨x的增加從0≤x＜0.3時的斜方相轉變?yōu)?.3≤x≤0.5時的單斜相。Na+摻雜對介電常數(shù)沒有顯著的影響。A空位濃度以及A、B位有序度隨x的增大而降低，在二者的共同作用下，Q×f值隨x的增加而降低。諧振頻率

4、溫度系數(shù)ιf隨x增大而增加，從0≤x＜0.3時的負值變?yōu)?.3≤x≤0.5時的正值。 分別研究了Li+，Na+，K+等離子摻雜對Ln2/3TiO3(Ln：La，Nd，Sm)的結構和微波性能的影響。結果表明： La(2-x)/3NaxTiO3(x=0.02≤x≤0.5)具有致密的單相結構。A空位濃度和A位有序度隨x增加而降低，當x≥0.3時，由A位有序結構變?yōu)闊o序結構。介電常數(shù)εr隨x增加大而增大，Q×f值隨x增加先增大后

5、減小，在x=0.08時獲得最大值18826GHz。諧振頻率溫度系數(shù)ιf均為正值，且隨x的增加而升高。 Nd(2-x)/3LixTiO3(x=0.1≤x≤0.5)為單相A位有序結構，且有序度隨x增加而降低。介電常數(shù)εr隨x增加先增大后減小，在x=0.2時具有最大值92。Q×f值隨x增加而減小。諧振頻率溫度系數(shù)ιf為負值，且絕對值隨著x含量的增加而增加。 Sm(2-x)/3LixTiO3體系中，當x=0時，Sm(2-x)/3

6、LixTiO3不能形成單相陶瓷，而是分解為Sm2Ti2O7相和金紅石相TiO2。當0≤x＜0.3時，Sm(2-x)/3LixTiO3為多相復合陶瓷結構。當0.3≤x≤0.5時，Sm(2-x)/3LixTiO3隨x的增大逐漸轉變?yōu)镾m(2-x)/3LixTiO3(x=0.5)單相結構。介電常數(shù)εr隨x增加先增大后減小，在x=0.3時獲得最大值60.2。Q×f值隨x增加而增大。諧振頻率溫度系數(shù)ιf隨x的增加而降低，由x=0時的正值變?yōu)樨撝担?/p>

7、在x=0.1時ιf絕對值具有最小值(ιf=-5ppm/℃)。 (Na(1-x)Kx)1/2La1/2TiO3(0≤x≤1.0)為單相A位無序結構。介電常數(shù)εr和Q×f值都隨x的增加而降低。諧振頻率溫度系數(shù)ιf均為正值，且隨x增加先降后升，在x=0.8時具有最小值256ppm/℃。 最后，用La1/2Na1/2TiO3和Sm1/2Li1/2TiO3兩相復合形成新的固溶體陶瓷材料來調節(jié)材料的微波介電性能。結果表明，(1-x)

8、La1/2Na1/2TiO3+xSm1/2Li1/2TiO3(0≤x≤1.0)的介電常數(shù)εr隨x增加先增加后減小，在x=0.4時達到最大值165。Q×f值隨x增大先減小后增大，在x=0.2時有最小值540GHz。諧振頻率溫度系數(shù)ιf隨x增大而減小，且由正值經(jīng)零后變?yōu)樨撝?，在x=0.75時，諧振頻率溫度ιf絕對值具有最小值(τf=20ppm/℃)。當x=0.75時，材料獲得最佳的綜合微波介電性能：εr=106；Q×f=2782GHz；ιf