高品质因素MgTiO3-SrTiO3系微波介质陶瓷介电性能的研究

摘要

随着雷达技术以及微波通信的快速发展，微波介质谐振器材料的研究向着微波高端方向发展。MgTiO3陶瓷是一种具有优良的微波介电性能的微波介质陶瓷，是目前典型的高品质因素微波介质陶瓷体系之一。然而，MgTiO3陶瓷依旧存在介电常数偏低、频率温度系数为负以及烧结温度偏高的问题，限制了它的应用。本论文通过对MgTiO3-SrTiO3陶瓷进行A位离子掺杂与取代，在降低其烧结温度的同时，进一步优化其微波介电性能。
　　采用固相法制备了(1-x)MgTiO3-xSrTiO3(MST，x=0~0.065 mol)基微波介质陶瓷，并添加低熔点氧化物作为离子掺杂、取代及烧结助剂，研究不同量的烧结助剂及掺杂离子对MST体系微波介质陶瓷烧结性能、晶相组成、显微结构及微波介电性能的影响。
　　研究发现在所研究的组成范围内MgTiO3-SrTiO3并未形成固溶体，而是以MgTiO3为主晶相，SrTiO3为次晶相，而且随着添加量x的增加，中间相MgTi2O5的衍射峰逐渐减弱，同时陶瓷的体积密度、介电常数εr、谐振频率温度系数τf都呈增加趋势，但无载品质因素与谐振频率的乘积Q×f的值随添加量的增加呈下降趋势。当x=0.035mol时，陶瓷可在1380℃保温2 h烧结，此时陶瓷获得近零的频率温度系数:τf=-2.8×10-6/℃、高的品质因素: Q×f=16714GHz和介电常数:εr=21.5。
　　选用Zn2+对0.965MgTiO3-0.035SrTiO3(965MST)陶瓷进行了A位离子取代，研究Zn2+不同取代量对陶瓷基体烧结性能、晶相组成、显微结构及微波介电性能的影响。研究表明，Zn2+的掺入不会改变陶瓷的主晶相，同时能够显著提高陶瓷基体的致密度，并促进陶瓷的烧结。随着Zn2+的取代量的增加，陶瓷的介电常数增加，品质因素和频率温度系数略有下降，中间相MgTi2O5的衍射峰逐渐减弱至完全消失。当Zn2+添加量为0.03mol时，965MST陶瓷的烧结温度由1380℃降低到1290℃，并具有较佳的微波介电性能：τf=-4.52×10-6/℃、高的品质因素：Q×f=16689GHz、介电常数：εr=22.51。
　　选用低熔点氧化物Co2O3为烧结助剂，对965MST微波介质陶瓷进行低温烧结性能研究。研究发现，添加不同量Co2O3的965MST陶瓷的主晶相依旧为MgTiO3和SrTiO3两种晶相结构，陶瓷的体积密度有所提升，并促进965MST陶瓷的烧结。随着Co2O3的添加，陶瓷介电常数略有下降，频率温度系数以及品质因素增加，同时中间相MgTi2O5的衍射峰逐渐减弱至完全消失。当Co2O3添加量为3.0wt％时，965MST陶瓷的烧结温度由1380℃降低到1290℃，并具有优良的微波介电性能：τf=-2.53ppm/℃、高的品质因素：Q×f=19006GHz、介电常数：εr=20.5。

目录

声明

1 前言

2 文献综述

2.1 微波介质陶瓷及其在微波通讯中应用

2.2 微波介质陶瓷的基本特征

2.3 微波介质陶瓷的研究现状

2.4 高品质因素微波介质陶瓷的研究进展

2.5 微波介质陶瓷低温烧结的研究进展

2.6 MgTiO3微波介质陶瓷的掺杂改性

2.7本研究的内容以及研究意义

3实验内容

3.1样品制备

3.2 样品的测试和表征

4 (1-x)MgTiO3-xSrTiO3系微波介质陶瓷介电性能的研究

4.1 引言

4.2 (1-x)MgTiO3-xSrTiO3体系微波介质陶瓷的研究

4.3 本章小结

5 Zn2+离子取代 0.965MgTiO3-0.035SrTiO3微波介质陶瓷的研究

5.1 引言

5.2 Zn2+离子取代0.965MgTiO3-0.035SrTiO3陶瓷的研究

4.3 本章小结

6 Co2O3添加 0.965MgTiO3-0.035SrTiO3微波介质陶瓷低温烧结的研究

6.1 引言

6.2添加 Co2O3烧结助剂低温烧结 Mg0.965TiO3-Sr0.035TiO3微波介质陶瓷

6.3 本章小结

7 结 论

致谢

参考文献