A空位复合钙钛矿陶瓷的结构协调与微波介电性能的研究

摘要

微波介质陶瓷，因具有高介电常数εr、高品质因数Q、低谐振频率温度系数ιf的特点，而作为微波元器件广泛应用于在微波通信领域。其中，通式为A2+(B2+1/3B5+2/3)O3的复合钙钛矿结构微波介质陶瓷性能尤为特出，所以倍受关注。但是，目前关于复合钙钛矿结构材料的研究大多集中在具有B位有序结构的材料上，对于具有A位有序结构的材料的研究很少。La2/3(Mg1/2W1/2)O3和Ln2/3TiO3(Ln：稀土元素)正是一类A空位有序的复合钙钛矿结构材料。其结构中A位离子有序-无序的变化和空穴浓度相互影响，并共同影响着材料的微波介电性能。因此，我们选用La2/3(Mg1/2W1/2)O3和Ln2/3TiO3(Ln：La，Nd，Sm)为模型，研究A位离子掺杂(Li+，Na+，K+)对A空位复合钙钛矿陶瓷的结构与微波介电性能的影响规律。同时，通过对材料的结构协调与改性，获得性能良好的的新型微波介质材料。研究的结果如下： 用Na+掺杂La2/3(Mg1/2W1/2)O3研究了La(2-x)/3Nax(Mg1/2W1/2)O3(x=0-0.5)(LNMW)的微结构，烧结性能和微波介电性能。结果表明：所有LNMW具有单相结构。LNMW具有良好的烧结性能，掺Na后样品的烧结温度明显增加。LNMW的晶体结构随x的增加从0≤x＜0.3时的斜方相转变为0.3≤x≤0.5时的单斜相。Na+掺杂对介电常数没有显著的影响。A空位浓度以及A、B位有序度随x的增大而降低，在二者的共同作用下，Q×f值随x的增加而降低。谐振频率温度系数ιf随x增大而增加，从0≤x＜0.3时的负值变为0.3≤x≤0.5时的正值。 分别研究了Li+，Na+，K+等离子掺杂对Ln2/3TiO3(Ln：La，Nd，Sm)的结构和微波性能的影响。结果表明： La(2-x)/3NaxTiO3(x=0.02≤x≤0.5)具有致密的单相结构。A空位浓度和A位有序度随x增加而降低，当x≥0.3时，由A位有序结构变为无序结构。介电常数εr随x增加大而增大，Q×f值随x增加先增大后减小，在x=0.08时获得最大值18826GHz。谐振频率温度系数ιf均为正值，且随x的增加而升高。 Nd(2-x)/3LixTiO3(x=0.1≤x≤0.5)为单相A位有序结构，且有序度随x增加而降低。介电常数εr随x增加先增大后减小，在x=0.2时具有最大值92。Q×f值随x增加而减小。谐振频率温度系数ιf为负值，且绝对值随着x含量的增加而增加。 Sm(2-x)/3LixTiO3体系中，当x=0时，Sm(2-x)/3LixTiO3不能形成单相陶瓷，而是分解为Sm2Ti2O7相和金红石相TiO2。当0≤x＜0.3时，Sm(2-x)/3LixTiO3为多相复合陶瓷结构。当0.3≤x≤0.5时，Sm(2-x)/3LixTiO3随x的增大逐渐转变为Sm(2-x)/3LixTiO3(x=0.5)单相结构。介电常数εr随x增加先增大后减小，在x=0.3时获得最大值60.2。Q×f值随x增加而增大。谐振频率温度系数ιf随x的增加而降低，由x=0时的正值变为负值，在x=0.1时ιf绝对值具有最小值(ιf=-5ppm/℃)。 (Na(1-x)Kx)1/2La1/2TiO3(0≤x≤1.0)为单相A位无序结构。介电常数εr和Q×f值都随x的增加而降低。谐振频率温度系数ιf均为正值，且随x增加先降后升，在x=0.8时具有最小值256ppm/℃。 最后，用La1/2Na1/2TiO3和Sm1/2Li1/2TiO3两相复合形成新的固溶体陶瓷材料来调节材料的微波介电性能。结果表明，(1-x)La1/2Na1/2TiO3+xSm1/2Li1/2TiO3(0≤x≤1.0)的介电常数εr随x增加先增加后减小，在x=0.4时达到最大值165。Q×f值随x增大先减小后增大，在x=0.2时有最小值540GHz。谐振频率温度系数ιf随x增大而减小，且由正值经零后变为负值，在x=0.75时，谐振频率温度ιf绝对值具有最小值(τf=20ppm/℃)。当x=0.75时，材料获得最佳的综合微波介电性能：εr=106；Q×f=2782GHz；ιf=20ppm/℃

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及本论文使用授权说明

第一章绪论

第二章微波介质陶瓷的微波性能参数及其影响因素

第三章实验

第四章A位Na+掺杂对La2/3(Mg1/2W1/2)O3陶瓷结构和微波性能的影响

第五章A位Na+掺杂对La2/3TiO3陶瓷结构和微波性能的影响

第六章K+离子A位取代对La1/2Na1/2TiO3结构和微波介电性能的影响

第七章Nd(2-x)/3LixTiO3结构和微波性能的研究

第八章Sm(2-x)/3LixTiO3结构和微波性能的研究

第九章(1-x)La1/2Na1/2TiO3+xSm1/2Li1/2TiO3微波介电性能的研究

第十章结论与展望

参考文献

硕士期间发表的论文

致谢