Ba(Mg1/3Nb2/3)O3微波介质陶瓷改性研究

摘要

目前应用于微波高频段的材料主要以Ba(Mg1/3Ta2/3)O3和Ba(Mg1/3Zn2/3)O3等价格昂贵但微波性能优越的陶瓷材料为主。近年来，随着民用微波通信产业朝向微波高频段延伸，对此类微波材料的价格提出了要求。Ba(Mg1/3 Nb2/3)O3具有价格低廉的优势，相比钽酸盐具有更高的介电常数，同时其理论品质因子值很高，是铌酸盐中最有希望替代钽酸盐的下一代高频应用型微波介质材料。但是Ba(Mg1/3 Nb2/3)O3存在着实际Q值与理论值相差大、谐振频率温度系数偏大(tf=33×10-6/℃)和烧结温度(1550℃)较高等问题。本论文在对相关文献进行深入研究的基础上，分别从制备工艺、添加低熔点外掺物及两相复合三方面对Ba(Mg1/3Nb2/3)O3微波介质陶瓷进行改性研究。
　　本文研究了Ba(Mgl/3 Nb2/3)O3陶瓷的制备工艺，重点讨论了烧结制度对显微形貌与微波介电性能的影响。研究表明，选取适当的预合成温度对于保证 Ba(Mgl/3-Nb2/3)O3陶瓷烧结过程中杂相的消除起到了关键作用。在1550℃下保温8h进行烧结，得到了较好的微波介电性能：εr=33.5，Q×f=52000，tf=33×10-6/℃。
　　本文分别采用Ca-B-Si（CBS）、CuV2O6、BiVO4三种低熔点外掺物对Ba(Mgl/3-Nb2/3)O3陶瓷进行掺杂改性研究，详细考察了不同掺杂量对相组成、微观形貌和微波介电性能的影响。研究结果表明：(1) CBS掺杂可促进烧结并提高B位1：2有序度，进而降低微波损耗。当CBS掺杂量为3.0wt％时，陶瓷致密化烧结温度由纯相时的1500℃以上降至1250℃左右，微波性能也达到体系最佳值：εr=28，Q×f=67800（8GHz），tf=45×10-6/℃。(2)掺杂CuV2O6能显著降低Ba(Mgl/3Nb2/3)O3陶瓷的烧结温度，但是不能明显改善 fQ′值，特别是过量掺杂引起杂相的生成而导致微波性能急剧劣化。当 CuV2O6掺杂量为1.5wt％时，陶瓷致密化烧结温度降低至1075℃，材料的微波介电性能达到体系最佳值：εr=35，Q×f=54000（8GHz），tf=-24×10-6/℃。(3)以 BiVO4作为烧结助剂可以使 Ba(Mgl/3 Nb2/3)O3陶瓷在1150℃～1175℃时实现烧结致密。适量的掺杂可使微波性能得到提高，当 BiVO4添加量为1.5wt%时，材料获得体系最佳微波介电性能：εr=34，Q×f=63000GHz(8GHz)，Tf≈27×10-6/℃。
　　MgTiO3具有与Ba(Mgl/3Nb2/3)O3类似的钙钛矿结构，且具有较大的负温度系数(Tf=-55×10-6/℃)。根据复相陶瓷的对数混合法则，在Ba(Mgl/3Nb2/3)O3体系引入适量的MgTiO3可以调节谐振频率温度系数接近于零。本文采用两相复合的方法，以MgTiO3作为复合相制备了(1-X)Ba(Mgl/3 Nb2/3)O3·XMgTiO3复合陶瓷。研究表明，Ba(Mgl/3 Nb2/3)O3体系中部分固溶MgTiO3使得B位有序度提高；随着MgTiO3含量的增加，复相陶瓷的谐振频率温度系数向负方向移动，当x=0.45时，获得了谐振频率温度系数近零的微波介电陶瓷，其微波介电性能为：εre=24，Q×f=43100（8GHz），tf=-1.2×10-6/℃。

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第一章 绪论

1.1 微波介质陶瓷概述

1.2 微波介质陶瓷材料的基本特征

1.3 微波介质陶瓷制备工艺

1.4 低介电常数微波介质陶瓷主要体系

1.5 Ba(B′1/3B″2/3)O3复合钙钛矿型微波介质陶瓷研究进展

1.6 课题的提出与主要研究内容

第二章 实验过程及测试方法

2.1 实验原料及设备

2.2 实验方案与工艺流程

2.3 样品表征与测试

第三章 Ba(Mg1/3Nb2/3)O3陶瓷的制备工艺研究

3.1 实验方法

3.3 本章小结

第四章 Ba(Mgl/3 Nb2/3)O3陶瓷低熔点外掺物改性研究

4.1 掺杂CBS玻璃改善Ba(Mgl/3 Nb2/3)O3微波陶瓷性能的研究

4.2 掺杂CuV2O6改善Ba (Mgl/3 Nb2/3)O3微波陶瓷性能的研究

4.3 掺杂BiVO4改善Ba (Mgl/3 Nb2/3)O3微波陶瓷性能的研究

4.4 本章小结

第五章 Ba (Mgl/3 Nb2/3)O3陶瓷频率温度系数的调整

5.1 实验方法

5.2 实验结果与讨论

5.3 本章小结

第六章 结论

致谢

参考文献

攻读硕士期间的研究成果