微波調(diào)諧鐵電復(fù)合陶瓷材料的研究.pdf

1、受電場控制的微波調(diào)諧材料在調(diào)諧濾波器、移相器和相控陣天線等方面有廣闊的應(yīng)用前景，近年來受到廣泛關(guān)注。為滿足應(yīng)用要求，材料應(yīng)具有高調(diào)諧率、低介電損耗和適中的介電常數(shù)。采用低介電常數(shù)和介電損耗的介電材料與鐵電材料復(fù)合是實現(xiàn)上述目標(biāo)的常用方法。本論文系統(tǒng)研究了兩相復(fù)合陶瓷 BaZr0.25Ti0.75O3-BaMg6Ti6O19、三相復(fù)合陶瓷 BaZr0.25Ti0.75O3-BaMg6Ti6O19-MgO、BaZr0.2Ti0.8O3-Mg

2、2SiO4-MgO和Ba0.5Sr0.5TiO3-BaMg6Ti6O19-MgO的物相結(jié)構(gòu)、介電特性和調(diào)諧性能等，具體如下：
　　(1)制備了BaZr0.25Ti0.75O3-BaMg6Ti6O19復(fù)合陶瓷，研究了其結(jié)構(gòu)和性能。陶瓷由BaZr0.25Ti0.75O3和BaMg6Ti6O19兩相構(gòu)成，隨BaMg6Ti6O19含量增加，介電常數(shù)降低，調(diào)諧率減小：BaMg6Ti6O19含量從20wt.％增加到50wt.%，復(fù)合陶瓷的介電

3、常數(shù)從1553降到423。
　　(2)制備了 BaZr0.25Ti0.75O3-BaMg6Ti6O19-MgO復(fù)合陶瓷，研究了 BaMg6Ti6O19和MgO總含量和相對含量對性能的影響。陶瓷由BaZr0.25Ti0.75O3、BaMg6Ti6O19和MgO三相構(gòu)成。BaMg6Ti6O19和MgO的質(zhì)量比保持1:1，隨BaZr0.25Ti0.75O3含量減少，介電常數(shù)和調(diào)諧率減小，介電損耗傾向減小： BaZr0.25Ti0.75O

4、3含量從90wt.%減小到40wt.%，介電常數(shù)從2442減小到221，2kV/mm下的調(diào)諧率從43.8%減小到28.4%，介電損耗約為0.003；固定BaZr0.25Ti0.75O3含量為50wt.%，隨MgO含量增加，介電常數(shù)和調(diào)諧率減少，介電損耗傾向減少：MgO含量從10wt.%增加到40wt.%，介電常數(shù)從580降到324，2kV/mm下的調(diào)諧率從42.1%降到27.9%，介電損耗約為0.004。
　　(3)制備了40Ba

5、Zr0.2Ti0.8O3-(60-x)Mg2SiO4-xMgO復(fù)合陶瓷，研究了 Mg2SiO4和MgO相對含量對性能的影響，陶瓷由BaZr0.2Ti0.8O3、Mg2SiO4和MgO三相構(gòu)成，隨MgO含量減少，介電常數(shù)減小，調(diào)諧率先減小后增加：MgO含量從48wt.%降到12wt.%，介電常數(shù)從183降到125，2kV/mm下的調(diào)諧率從15.6%降到最低14.2%(x=30wt.%)，再增加到17.9%，燒結(jié)溫度為1350℃時，介電損耗

6、小于0.002。
　　(4)制備了 Ba0.5Sr0.5TiO3-BaMg6Ti6O19-MgO復(fù)合陶瓷，研究了 BaMg6Ti6O19和MgO總含量和相對含量對性能的影響。Ba0.5Sr0.5TiO3、BaMg6Ti6O19和MgO發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，陶瓷由BST、Mg2TiO4和MgO三相構(gòu)成。BaMg6Ti6O19和MgO的質(zhì)量比保持1:1時，隨Ba0.5Sr0.5TiO3含量減少，介電常數(shù)減小，調(diào)諧率異常增加：Ba0.5Sr0

7、.5TiO3含量從90wt.%降到40wt.%，樣品的介電常數(shù)從1207降到336，2kV/mm下的調(diào)諧率卻從9.0%增加到20.0%，介電損耗約為0.0006。調(diào)諧率異常增加現(xiàn)象比文獻(xiàn)報道過的現(xiàn)象更加顯著，介電常數(shù)變化范圍更大，而調(diào)諧率增加幅度也更大；Ba0.5Sr0.5TiO3含量為50wt.%時，隨MgO含量增加，介電常數(shù)減小，介電損耗傾向降低，調(diào)諧率降低：MgO含量從10wt.%增加到40wt.%，介電常數(shù)從750降到391，2

8、kV/mm下的調(diào)諧率從30.8%降到13.5%，樣品的介電損耗約為0.0006。
　　(5)在BaZr0.25Ti0.75O3-BaMg6Ti6O19復(fù)合陶瓷中，研究了陶瓷的介電常數(shù)與介電組分的體積含量關(guān)系，提出了基于Lichtenecker公式的新修正式，采用該公式擬合，與實驗數(shù)據(jù)基本吻合。應(yīng)用該公式對 Ba0.50Sr0.50TiO3-MgO、MgTiO3-CaTiO3、Ba0.55Sr0.45TiO3-polypropyle

9、ne-graft-poly(styrene-stat-divinylbenzene)和 polyethylene-Sm2Si2O7等復(fù)合材料的實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，計算值與實驗值亦符合良好，擬合優(yōu)度優(yōu)于此前報道。在 BaZr0.25Ti0.75O3-BaMg6Ti6O19-MgO三相復(fù)合陶瓷中提出了應(yīng)用該公式的方法，對BaMg6Ti6O19和MgO含量比為1:1的實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，計算值與實驗數(shù)據(jù)基本吻合。這些結(jié)果證明新公式具有普適性，能有

10、效描述復(fù)合陶瓷有效介電常數(shù)與組分體積含量關(guān)系。
　　(6)在 BaZr0.25Ti0.75O3-BaMg6Ti6O19、 BaZr0.25Ti0.75O3-BaMg6Ti6O19-MgO、BaZr0.2Ti0.8O3-Mg2SiO4-MgO和Ba0.5Sr0.5TiO3-BaMg6Ti6O19-MgO復(fù)合陶瓷中，陶瓷的介電常數(shù)與外加電場強(qiáng)度的關(guān)系可以用考慮矯頑場和多重極化模型的Johnson公式來描述，擬合結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)吻合較好。