高介CaTiO3-Li1/2Nd1/2TiO3微波介质陶瓷的制备与性能研究

摘要

CaTiO3具有高的介电性能(εr=170)和较低的介电损耗(Q×f=3600GHz)，但其频率温度系数太大(τf=+800ppm/℃)。加入Li1/2Nd1/2TiO3(τf=-310ppm/℃)调节频率温度系数的同时往往伴随着介电常数的下降和介电损耗的增大。针对这些问题，本论文采用固相法制备CaTiO3-Li1/2Nd1/2TiO3(CT-LNT)陶瓷，系统研究了A、B位离子取代，添加剂等对CT-LNT基陶瓷组成、显微结构及微波介电性能的影响，主要研究内容如下：
　　1.采用固相反应法制备(1-x)CaTiO3-xLi1/2Nd1/2TiO3陶瓷。随着x增大，频率温度系数τf向近零的方向移动，但介电常数下降，介电损耗也急剧增大。当x=0.8，烧结温度为1275℃时，陶瓷的微波介电性能为：εr=123.1，Q×f=1680GHz，τf=+31.2ppm/℃。适量Sr2+离子掺杂可以增大介电常数，降低介电损耗。筛选出的0.2Ca15/16Sr1/16TiO3-0.8Li1/2Nd1/2TiO3陶瓷具有良好的介电性能：εr=132.3，Q×f=2310GHz，τf=+52.2ppm/℃。
　　2.为了调节0.2Ca15/16Sr1/16TiO3-0.8Li1/2Nd1/2TiO3陶瓷的τf值，加入添加剂Bi4B2O9。适量 Bi4B2O9的加入可以成功调节频率温度系数近零，且保持了高的介电常数和品质因数。加入5wt％的Bi4B2O9，0.2Ca15/16Sr1/16TiO3-0.8Li1/2Nd1/2TiO3-5wt%Bi4B2O9陶瓷的τf可以调节至近零，获得优异的微波介电性能：εr=128.8，Q×f=2280GHz，τf=-7.7ppm/℃。
　　3.采用Ln3+(Ln: La, Nd, Sm)离子部分取代CaTiO3中的Ca2+离子，再与Li1/2Nd1/2TiO3复合，制备(Ca,Ln)TiO3-Li1/2Nd1/2TiO3陶瓷，研究不同Ln3+离子A位取代对介电性能的影响。Nd3+离子取代，介电损耗被降低，且保持高的介电常数。La3+离子取代，其介电常数增大，品质因数降低。Sm3+离子取代，品质因数有很大的提高，但介电常数降低。由此筛选出综合性能良好的系列高介(εr≥90)陶瓷配方。0.4Ca0.61Nd0.26TiO3-0.6Li1/2Nd1/2TiO3陶瓷的微波介电性能为：εr=123.5，Q×f=2610GHz，τf=+23.6ppm/℃。Sn4+离子B位取代0.4Ca0.61Nd0.26TiO3-0.6Li1/2Nd1/2TiO3陶瓷后，其品质因数增大，但介电常数有所下降。0.4Ca0.61Nd0.26Ti0.93Sn0.07O3-0.6Li1/2Nd1/2TiO3陶瓷的微波介电性能为：εr=119.2，Q×f=2840GHz，τf=+36.1ppm/℃。
　　4.为了补偿0.4Ca0.61Nd0.26TiO3-0.6Li1/2Nd1/2TiO3陶瓷在高温烧结时Li1+的挥发，采用两种不同形式加入过量的Li2CO3。在合成预烧粉体Li1/2Nd1/2TiO3时加入过量的Li2CO3可以提高介电常数，降低烧结温度，但介电损耗增大。当过量的Li2CO3在二次球磨时以添加剂形式加入时，加入适当过量的Li2CO3可以补偿高温下Li1+离子的挥发，陶瓷的介电常数增大，且保持较高的品质因数。加入摩尔比为3%的Li2CO3时，0.4Ca0.61Nd0.26TiO3-0.6Li1/2Nd1/2TiO3-0.03Li2CO3陶瓷微波介电性能为：εr=128.3，Q×f=2630GHz，τf=+39.1ppm/℃。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 微波介质陶瓷

1.2 高介微波介质陶瓷的研究

1.3 高介CaO-Li2O-Ln2O3-TiO2系微波介质陶瓷的研究现状

1.4 本论文的提出和研究内容

第2章 微波介质陶瓷的制备与表征

2.1 实验原材料和设备

2.2 工艺流程

2.3 材料结构与性能表征

第3章CaTiO3-Li1/2Nd1/2TiO3基陶瓷的制备及性能研究

3.1 (1-x)CaTiO3-xLi1/2Nd1/2TiO3陶瓷的研究

3.2 (1-x)Ca15/16Sr1/16TiO3-xLi1/2Nd1/2TiO3陶瓷的研究

3.3 0.2Ca15/16Sr1/16TiO3-0.8Li1/2Nd1/2TiO3-xwt% Bi4B2O9陶瓷研究

3.4 0.2Ca15/16Sr1/16TiO3-0.8Li1/2Nd1/2TiO3-xwt%Bi2O3陶瓷的研究

3.5 本章小结

第4章 (Ca1-xLn2x/3)TiO3-Li1/2Nd1/2TiO3基陶瓷的制备及性能研究

4.1 (Ca1-xLn2x/3)TiO3-Li1/2Nd1/2TiO3陶瓷

4.2 0.4Ca0.61Nd0.26Ti1-xSnxO3-0.6Li1/2Nd1/2TiO3陶瓷的研究

4.3 0.4Ca0.61Nd0.26TiO3-0.6Li1/2+xNd1/2TiO3陶瓷的研究

4.4 0.4Ca0.61Nd0.26TiO3-0.6Li1/2Nd1/2TiO3-xLi2CO3陶瓷的研究

4.5 本章小结

第5章 结论

致谢

参考文献

硕士期间发表论文