A位改性CaO-Li2O-Sm2O3-TiO2基微波介質(zhì)陶瓷結(jié)構與性能研究.pdf

1、微波介質(zhì)陶瓷具有介電常數(shù)系列可調(diào)、介電損耗小、溫度穩(wěn)定性好等特點，在微波通訊領域得到廣泛的應用。微波器件的微型化和集成化通常要求介質(zhì)陶瓷具有高的介電常數(shù)，但這類高介體系陶瓷一般會存在品質(zhì)因子較低、諧振頻率溫度系數(shù)較大的缺點，極大地限制了其實際應用。
　　 復合鈣鈦礦結(jié)構CaO-Li2O-Sm2O3-TiO2(CLST)基微波介質(zhì)陶瓷的介電常數(shù)εr大于100，品質(zhì)因子Q×f在4，500GHz以上，諧振頻率溫度系數(shù)τf在±15ppm

2、/℃以內(nèi)，是目前介電性能較好的高介微波介質(zhì)陶瓷體系之一，對其A位或B位進行取代或摻雜改性可以進一步改善其介電性能。本文以CLST陶瓷為基體，通過引入Mg、Sr、Ba等堿土金屬元素對其進行A位改性，探討了A位改性對CLST陶瓷電子結(jié)構、相結(jié)構和微結(jié)構以及微波介電性能的影響規(guī)律。
　　 1、采用第一性原理方法計算了堿土金屬元素A位取代CLST陶瓷的電子結(jié)構，探討了A位取代對復合鈣鈦礦結(jié)構CLST陶瓷結(jié)構和微波介電性能的本征影響。結(jié)果

3、表明，Mg或Ba取代A位Ca后會降低陶瓷的介電常數(shù)，同時降低體系的介電損耗，而Sr取代則增大了體系的介電常數(shù)，同時帶來大的介電損耗。
　　 2、制備了xMO-(16-x)CaO-9Li2O-12Sm2O3-63TiO2(M=Mg、Sr或Ba，x=0～4)(MxCLST)陶瓷，結(jié)果表明:Mg改性時，Mg均以二鈦酸鎂小晶粒的形式鑲嵌于主晶相間，而Sr改性時則形成了完全的固溶體。Ba改性則隨取代量的不同出現(xiàn)兩種情況:當x≤1時，Ba改

4、性形成完全圈溶體;當x≥2時，出現(xiàn)少量BaSm2Ti4O12(BSmT)第二相，此時，過量的Ba以BSmT形式存在。由介電性能測試結(jié)果看出，Sr及Ba(x≤1時)進行A位改性的實測結(jié)果與理論計算結(jié)果能較好地吻合，而Mg及Ba(x≥2時)改性的實測結(jié)果與理論計算結(jié)果不符。這是由于電子結(jié)構計算模型設計均為固溶體，而Mg及Ba(x≥2時)取代則生成了第二相。Mg取代的性能變化與倒數(shù)經(jīng)驗公式吻合。
　　 3、用二步法制備了Sr取代的復合

5、鈣鈦礦結(jié)構CLST基陶瓷(xCa15/16Sr1/16TiO3-(1-x)Li0.5 Sm0.5TiO3簡稱CST-LST)，探討了A位有序結(jié)構對微波介電性能的影響。結(jié)果表明，x＜0.2時存在A位有序結(jié)構，x≥0.2時，A位有序結(jié)構消失。A位有序結(jié)構對介電常數(shù)和諧振頻率溫度系數(shù)幾乎沒有影響，對介電損耗的影響也不如晶粒尺寸、致密度等非本征因素的影響顯著。當x=0.3時，得到相對最佳的微波介電性能:εr=102，Q×f=4，465GHz，τ