A位改性CaO-Li2O-Sm2O3-TiO2基微波介質(zhì)陶瓷結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、微波介質(zhì)陶瓷具有介電常數(shù)系列可調(diào)、介電損耗小、溫度穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，在微波通訊領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。微波器件的微型化和集成化通常要求介質(zhì)陶瓷具有高的介電常數(shù)，但這類高介體系陶瓷一般會(huì)存在品質(zhì)因子較低、諧振頻率溫度系數(shù)較大的缺點(diǎn)，極大地限制了其實(shí)際應(yīng)用。
　　 復(fù)合鈣鈦礦結(jié)構(gòu)CaO-Li2O-Sm2O3-TiO2(CLST)基微波介質(zhì)陶瓷的介電常數(shù)εr大于100，品質(zhì)因子Q×f在4，500GHz以上，諧振頻率溫度系數(shù)τf在±15ppm

2、/℃以內(nèi)，是目前介電性能較好的高介微波介質(zhì)陶瓷體系之一，對(duì)其A位或B位進(jìn)行取代或摻雜改性可以進(jìn)一步改善其介電性能。本文以CLST陶瓷為基體，通過引入Mg、Sr、Ba等堿土金屬元素對(duì)其進(jìn)行A位改性，探討了A位改性對(duì)CLST陶瓷電子結(jié)構(gòu)、相結(jié)構(gòu)和微結(jié)構(gòu)以及微波介電性能的影響規(guī)律。
　　 1、采用第一性原理方法計(jì)算了堿土金屬元素A位取代CLST陶瓷的電子結(jié)構(gòu)，探討了A位取代對(duì)復(fù)合鈣鈦礦結(jié)構(gòu)CLST陶瓷結(jié)構(gòu)和微波介電性能的本征影響。結(jié)果

3、表明，Mg或Ba取代A位Ca后會(huì)降低陶瓷的介電常數(shù)，同時(shí)降低體系的介電損耗，而Sr取代則增大了體系的介電常數(shù)，同時(shí)帶來大的介電損耗。
　　 2、制備了xMO-(16-x)CaO-9Li2O-12Sm2O3-63TiO2(M=Mg、Sr或Ba，x=0～4)(MxCLST)陶瓷，結(jié)果表明:Mg改性時(shí)，Mg均以二鈦酸鎂小晶粒的形式鑲嵌于主晶相間，而Sr改性時(shí)則形成了完全的固溶體。Ba改性則隨取代量的不同出現(xiàn)兩種情況:當(dāng)x≤1時(shí)，Ba改

4、性形成完全圈溶體;當(dāng)x≥2時(shí)，出現(xiàn)少量BaSm2Ti4O12(BSmT)第二相，此時(shí)，過量的Ba以BSmT形式存在。由介電性能測(cè)試結(jié)果看出，Sr及Ba(x≤1時(shí))進(jìn)行A位改性的實(shí)測(cè)結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果能較好地吻合，而Mg及Ba(x≥2時(shí))改性的實(shí)測(cè)結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果不符。這是由于電子結(jié)構(gòu)計(jì)算模型設(shè)計(jì)均為固溶體，而Mg及Ba(x≥2時(shí))取代則生成了第二相。Mg取代的性能變化與倒數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式吻合。
　　 3、用二步法制備了Sr取代的復(fù)合

5、鈣鈦礦結(jié)構(gòu)CLST基陶瓷(xCa15/16Sr1/16TiO3-(1-x)Li0.5 Sm0.5TiO3簡(jiǎn)稱CST-LST)，探討了A位有序結(jié)構(gòu)對(duì)微波介電性能的影響。結(jié)果表明，x＜0.2時(shí)存在A位有序結(jié)構(gòu)，x≥0.2時(shí)，A位有序結(jié)構(gòu)消失。A位有序結(jié)構(gòu)對(duì)介電常數(shù)和諧振頻率溫度系數(shù)幾乎沒有影響，對(duì)介電損耗的影響也不如晶粒尺寸、致密度等非本征因素的影響顯著。當(dāng)x=0.3時(shí)，得到相對(duì)最佳的微波介電性能:εr=102，Q×f=4，465GHz，τ