TiO2基微波介质陶瓷的微波介电性能及调控

摘要

TiO2微波介质陶瓷由于具有较高的烧结温度（1500℃）和较大的谐振频率温度系数（465 ppm/℃），严重制约了其作为微波元器件的实际应用和发展。本文围绕降低TiO2陶瓷的烧结温度和改善其微波介电性能两个目的，提出了体系设计和优化性能的具体研究方案，对TiO2进行性能调控。
　　首先，研究了纳米CuO对TiO2陶瓷烧结特性和介电性能的影响。研究发现，纳米CuO能有效地将TiO2的烧结温度降低到950℃，当纳米CuO的掺杂量为1wt％时，陶瓷具有较好的综合介电性能：εr=106，Q×f=24808，?f=371 ppm/℃。在此基础上，实验发现同种工艺下，相比于微米CuO，掺杂纳米CuO后，TiO2陶瓷的Q×f值显著提高，探究其原因为：（1）纳米CuO的纳米特性显著改善了TiO2陶瓷的烧结特性；（2）与微米CuO相比，掺入纳米CuO后，晶格的无序性程度较低，陶瓷仍保持较高的晶格对称性，本征损耗较低。
　　随后，将具有相反?f值的TiO2和Li1/2Nd1/2TiO3进行复合来降低TiO2的?f值，采用固相反应法制备0.9TiO2-0.1Li1/2Nd1/2TiO3-1wt%CuO陶瓷，结果发现陶瓷的?f值显著降低，但是由于烧结缺陷及新生杂相的存在，其Q×f值严重恶化，因此该方法未能有效改善TiO2陶瓷的介电性能。
　　最后，采用对不同晶位进行离子取代的方法来降低TiO2陶瓷的?f值。用(Ni1/3Nb2/3)4+取代Ti4+，制备(Ni1/3Nb2/3)1-xTixO2(0.3≤x≤0.5)陶瓷，发现其具有优异的介电性能。其中，当x=0.5时，即陶瓷化学组成为9TiO2-7NiNb2O6时，获得了良好的综合介电性能：εr=80.7，Q×f=11745，?f=185 ppm/℃，成功改善了TiO2微波介质陶瓷的介电性能。另外，通过对(Ni1/3Nb2/3)1-xTixO2(0.3≤x≤0.5)陶瓷进行物相分析和晶格振动模式的标定，较为合理地建立了(Ni1/3Nb2/3)1-xTixO2(0.3≤x≤0.5)陶瓷的微观结构机制与其宏观微波介电性能之间的关联。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 微波介质材料发展历史

1.3 微波介质陶瓷材料应用

1.4 微波介质陶瓷材料体系

1.5 微波介质陶瓷的微波介电性能参数和性能要求

1.6 TiO2微波介质陶瓷的研究进展

1.7 课题的研究内容

第二章 TiO2基微波介质陶瓷的制备与性能表征

2.1 实验原料及设备

2.2 材料的制备工艺过程

2.3 材料的性能表征

第三章 TiO2-CuO微波介质陶瓷的微波介电性能研究

3.1 前言

3.2 TiO2-CuO微波介质陶瓷烧结特性与物相分析

3.3 TiO2-CuO微波介质陶瓷微观结构与微波介电性能

3.4 纳米CuO提高TiO2陶瓷品质因数的作用机制探索

3.5 本章小结

第四章 TiO2-Li1/2Nd1/2TiO3微波介质陶瓷的微波介电性能研究

4.1 前言

4.2 TiO2-Li1/2Nd1/2TiO3微波介质陶瓷制备

4.3 TiO2-Li1/2Nd1/2TiO3微波介质陶瓷的物相组成与微观结构分析

4.4 TiO2-Li1/2Nd1/2TiO3微波介质陶瓷的微波介电性能研究

4.5 本章小结

第五章 TiO2-NiNb2O6微波介质陶瓷的微波介电性能研究

5.1 前言

5.2 TiO2-NiNb2O6微波介质陶瓷制备

5.3 TiO2-NiNb2O6微波介质陶瓷物相组成与微观结构分析

5.4 TiO2-NiNb2O6微波介质陶瓷的微波介电性能研究

5.5 本章小结

第六章 全文总结

6.1 本文主要结论

6.2 本文创新之处

6.3 本文不足之处

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间取得的研究成果及发表的学术论文