改性catiolt3gt基微波介质陶瓷结构与介电性能的研究

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1、武汉理工大学博士学位论文摘要微波介质陶瓷作为微波谐振器和微波滤波器的关键材料，在微波通讯技术中有着广泛的用途。本文在电介质理论的指导下，从材料组成、制备工艺、材料内部晶体微观结构与微波介电性能的角度出发，进行了CaTi03基改性微波介质陶瓷的制备、微观结构与介电性能间相互关系的研究。论文系统地研究了A位置换、B位置换、A、B协同置换对CaTi03基改性陶瓷微观结构与微波介电性能的影响。论文的主要内容包括：首先，利用CaTi03陶瓷具有高介电常数(170)和正频率温度系数(+800ppm／'C)以及Ca(M91,,3Nb2rj)03陶瓷具有高Q值(5

2、8000GHz)和负频率温度系数(-248ppm／℃)的特点，以(1-x)CaTi03-xCa(Mglr3Nb2／3)03固溶体的形式将两者复合，研究了固溶体组成结构以及微波介电特性。实验结果表明：当组分为x=O．6时，固溶体CMNT具有良好介电性能：相对介电常数￡，=49．54，品质因子Qf值=28，900GHz(在6．7GHz下)，频率温度系数1f=·22ppm／'C。在此基础上，通过A位和B位离子置换以及A、B位协同置换的方法，对CMNT(x=0．6时)陶瓷固溶体进行了改性研究，以迸一步改善微波介电性。实验结果表明：不同半径和电价的离子(La

3、3+、Nb”、Sr”)A位置换对CMNT陶瓷的微观结构与介电性能影响各不相同。对比各离子的改性结果发现，La3+置换有利于CMNT陶瓷微波介电性能的改善。CLMNT陶瓷随着La”置换量的增加，￡r由49．54下降至34，Qf值由28900GHz上升至31400GHz(在6．7GHz下)，1，由原来的-22ppng。C变至·9ppm／'C。还研究了Ba过量置换CMNT陶瓷材料的内部相组成结构与微波介电性能的关系。实验发现：(Cat．。Bax)【(Mgl／3Nb2／3)06Tio4]03系陶瓷微波介电性能的变化与Ba2+在材料内部的分布状态密切相关。当

4、x=0．85时，单相钙钛矿固溶体(Cao．tsBao85)【(igl／3Nb2,'3)o．6Tio4]03微波介电性能为：6r_3l，Qf值最高可达到44000GI-Iz(8．5GHz下)，’f=10．81ppm／℃．研究了不同半径和电价的离子(Ta针、Sn4+、Zr4+)B位置换对CMNT陶瓷的微观结构与介电性能的影响．B位Ta5+、sn*+、zr'+置换在改性范围内均形成了单一钙钛矿结构，Ta针由于与被置换离子半径相近，对CMNT陶瓷内部氧八面体的结构影响不大：由于Sn4+、Zr4+与被置换离子半径相差较大，对CMNT陶瓷内部氧八面体的结构有较

5、大影响。通过微波介电性能分武汉理工大学博士学位论文析，随着Ta针含量的增加，Ta5+置换改性CMNTT陶瓷的e，由49．54变至43．38。Qf值由原来的28900GHz上升至35600GHz(在8．6GHz下)．1，由原来的．22pprn／'C变至．1．46ppm／*C。在A、B位离子置换的实验基础上，研究了A位(La”)、B位(Ta”)协同置换改性陶瓷的微观结构与介电性能间的相互关系。确定了A位(La”)、B位(Ta5+)改性CLMNTT陶瓷最佳组成，所得到的微波介电性能为：介电常数er=36，Qf值=38050GHz(在7．5GHz下)，1f

6、=9．58ppm／'C。在实验研究和相关理论的基础上，对CaTi03基复合微波介质陶瓷的改性机理与影响其微波介电性能的各种因素作了初步的探讨：La3+置换改性CaTi03基陶瓷中内部微观结构变化造成离子位移极化减弱，使得改性陶瓷的介电常数降低。Ta5+置换有效地提高了CaTi03基改性陶瓷体系中的单位质量，增大了离子间相互作用力与体系的离子间恢复力系数，大大降低了陶瓷的微波介电损耗，提高改性陶瓷的Qf值。谐振频率温度系数的变化规律取决于氧八面体的畸变程度。关键词：改性CaTi03微波介质陶瓷：钙钛矿结构；烧结特性：微波介电性能Ⅱ茎堡堡三盔堂坚主堂垡

7、垒苎AbstractAskeymaterialsofmicrowaveresonatorandmicrowavefilter,microwavedielectricceramicshavebeenutilizedinmicrowavecommunicationsystems．Amongthem，CaTi03ceramicexhibitshighdielectricpropertiesofr(170)，Qfvalue(3600GHz)andalargepositive1Ivalue(800ppm／。C)．Basedontherelationshipa

8、mongthecomposition，microstructureanddielectricproperties，them