低溫?zé)蒀a(Li-,1-3-Nb-,2-3-)O-,3-δ-基微波陶瓷材料的研究.pdf

1、本文在調(diào)研分析了國內(nèi)外微波介質(zhì)陶瓷研究狀況的基礎(chǔ)上，對Ca(Li1/3Nb2/3)O3-δ基陶瓷的組成、微觀結(jié)構(gòu)和介電性能及相互間關(guān)系等進行了系統(tǒng)的研究。探討了介電常數(shù)、介電損耗和諧振頻率溫度系數(shù)的主要影響機制，對控制介電常數(shù)、降低介電損耗以及調(diào)節(jié)諧振頻率溫度系數(shù)提出了可行的改性方法及相關(guān)改性機理。不摻雜Ca(Li1/3Nb2/3)O3-δ陶瓷為典型的氧缺位型、鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的多元氧化物材料，隨著B位Zr4+取代量的增加，逐漸轉(zhuǎn)化為氧過剩型

2、。主要內(nèi)容如下：
　　 ⑴研究了Zr4+置換對Ca[(Li1/3Nb2/3)1-xZr3x]O3-δ(0.0≤x≤0.1)系陶瓷的晶胞參數(shù)、容忍因子、B位l:2有序度、離子極化率等方面的影響，以及晶體結(jié)構(gòu)與介電性能之間的關(guān)系，以加深對微波介電性能的影響機理的認(rèn)識。Zr4+離子取代(Li1/3Nb2/3)3.67+復(fù)合離子，增大了Ca[(Li1/3Nb2/3)1-xZr3x]O3-δ陶瓷體系的離子理論極化率。但隨體系介電常數(shù)εr提

3、高，B位l:2有序度減小，Qf值下降。Zr取代使體系的頻率溫度系數(shù)τf有所改善，例如x=2mol[％]時為-16.3 ppm/℃，x=10mol[％]時為-7.3ppm/℃。研究了Zr、Ti復(fù)合置換對Ca[(Li1/3Nb2/3)0.95Zr0.15-xTix]O3+δ陶瓷的結(jié)構(gòu)及性能的影響。 Ti4+進入體系B位導(dǎo)致體系介電常數(shù)增大，Qf值由x=0mol[％]時的13100 GHz增加到x=10mol[％]時的16570GHz，然后又

4、減少到x=15mol[％]時的16020GHz。其原因是Zr4+取代Li+產(chǎn)生的多余電子會導(dǎo)致陶瓷電阻率的降低，增加了電導(dǎo)損耗，而Ti4+取代Nb5+產(chǎn)生空穴，于是電子濃度下降，電導(dǎo)損耗減??；但Ti4+取代量增加到一定程度時，由于空穴濃度的上升，導(dǎo)致電導(dǎo)損耗又開始增大。隨Ti含量的增加，τf向負(fù)諧振頻率溫度系數(shù)方向增大。同時研究了制備工藝對Ca(Li1/3Nb2/3)O3-δ基陶瓷介電性能的影響。
　　 ⑵研究了Ba2+、Sr2

5、+及Nd3+置換Ca[(Li1/3Nb2/3)0.95Zr0.15]O3+δ體系A(chǔ)位Ca2+對晶體結(jié)及介電性能的影響，探討了(Ca1-xBax)[(Li1/3Nb2/3)0.95Zr0.15]O3+δ (0.0≤x≤0.2)、(Ca1-xSrx)[(Li1/3Nb2/3)0.95Zr0.15]O3+δ(0.0≤x≤0.2)及 (Ca1-xNdx)[(Li1/3Nb2/3)0.95Zr0.15]O3+δ (0.0≤x≤0.2)體系中晶體結(jié)

6、構(gòu)與介電性能之間的關(guān)系。適量Ba2+、Sr2+置換Ca[(Li1/3Nb2/3)0.95Zr0.15]3+δ陶瓷A位Ca2+，鈣鈦礦結(jié)構(gòu)B位鍵價減小，τf向正諧振頻率溫度系數(shù)方向增大，材料性能得到改善。當(dāng)x=2.5mol[％]時，含Ba體系有很好的介電性能：εr=34.3，Qf =13400GHz，τf =2.1 ppm/oC；而含Sr體系則在x=5mol[％]時介電性能最佳，其εr=32.5，Qf =13500GHz，τf =-2.4

7、 ppm/oC。Nd3+置換的體系中，適量置換，l:2有序度提高，陶瓷品質(zhì)因素因而大幅度提高；過量置換會降低體系的1:2有序度。
　　 ⑶采用Ca[(Li1/3Nb2/3)0.95Zr0.15]O3+δ作為原始組分，以ZnO-B2O3-SiO2 (ZBS)、ZnO-B2O3-Na2O (ZBN)、B2O3作為燒結(jié)助劑降低陶瓷的燒結(jié)溫度，研究單一或復(fù)合摻雜這些助劑后該陶瓷體系的燒結(jié)特性、結(jié)構(gòu)及微波介電性能，探討了Ca(Li1/3N

8、b2/3)O3-δ基陶瓷低溫?zé)Y(jié)機理。研究表明，單一摻雜時,ZBS、ZBN及B2O3均能降低陶瓷的燒結(jié)溫度，ZBS的助燒作用有限，摻入量為7wt[％]時，于1000℃燒結(jié)，樣品的微波介電性能為：εr=31.1，Qf=9530 GHz，τf =-8.9 ppm/℃；B2O3的助燒效果最好，摻入1.0wt[％] B2O3,在990℃燒結(jié)4小時，陶瓷微波介電性能最佳：εr=33.1，Qf =13700GHz，τf =-6.8ppm/℃。而且，

9、摻入2.0wt[％] B2O3，在940℃ 燒結(jié)，Qf 可達8700GHz。復(fù)合摻雜比單一摻雜能更有效降低陶瓷的燒結(jié)溫度，Ca[(Li1/3Nb2/3)0.95Zr0.15]O3+δ+3.0 wt[％]ZBN+2.0wt[％] B2O3陶瓷在950℃燒結(jié)，有著較好介電性能，其εr=31.2，Qf=10530GHz，τf =-5.1ppm/℃。
　　 ⑷研究了Zr4+電荷、結(jié)構(gòu)非平衡取代Ca(Li1/3Nb2/3)O3-δ陶瓷B位

10、(Li1/3Nb2/3)3.67+對原缺陷模型的影響，研究表明，隨氧分壓及雜質(zhì)濃度的增加，鋰空位濃度不斷提高，氧空位濃度不斷下降，氧缺位型Ca(Li1/3Nb2/3)O3-δ化合物轉(zhuǎn)變?yōu)檠踹^剩型化合物。同時研究了B位Zr、Ti復(fù)合置換的Ca[(Li1/3Nb2/3)0.95Zr0.15-xTix]O3+δ (0.0≤x≤0.15)陶瓷及A位Nd 置換的(Ca1-xNd x)[(Li1/3Nb2/3)0.95Zr0.15]O3+δ(0.0