A位改性CaO-Li2O-Sm2O3-TiO2基微波介质陶瓷结构与性能研究
微波介质陶瓷具有介电常数系列可调、介电损耗小、温度稳定性好等特点，在微波通讯领域得到广泛的应用。微波器件的微型化和集成化通常要求介质陶瓷具有高的介电常数，但这类高介体系陶瓷一般会存在品质因子较低、谐振频率温度系数较大的缺点，极大地限制了其实际应用。
复合钙钛矿结构CaO-Li2O-Sm2O3-TiO2(CLST)基微波介质陶瓷的介电常数εr大于100，品质因子Q×f在4，500GHz以上，谐振频率温度系数τf在±15ppm/℃以内，是目前介电性能较好的高介微波介质陶瓷体系之一，对其A位或B位进行取代或掺杂改性可以进一步改善其介电性能。本文以CLST陶瓷为基体，通过引入Mg、Sr、Ba等碱土金属元素对其进行A位改性，探讨了A位改性对CLST陶瓷电子结构、相结构和微结构以及微波介电性能的影响规律。
1、采用第一性原理方法计算了碱土金属元素A位取代CLST陶瓷的电子结构，探讨了A位取代对复合钙钛矿结构CLST陶瓷结构和微波介电性能的本征影响。结果表明，Mg或Ba取代A位Ca后会降低陶瓷的介电常数，同时降低体系的介电损耗，而Sr取代则增大了体系的介电常数，同时带来大的介电损耗。
2、制备了xMO-(16-x)CaO-9Li2O-12Sm2O3-63TiO2(M=Mg、Sr或Ba，x=0～4)(MxCLST)陶瓷，结果表明:Mg改性时，Mg均以二钛酸镁小晶粒的形式镶嵌于主晶相间，而Sr改性时则形成了完全的固溶体。Ba改性则随取代量的不同出现两种情况:当x≤1时，Ba改性形成完全圈溶体;当x≥2时，出现少量BaSm2Ti4O12(BSmT)第二相，此时，过量的Ba以BSmT形式存在。由介电性能测试结果看出，Sr及Ba(x≤1时)进行A位改性的实测结果与理论计算结果能较好地吻合，而Mg及Ba(x≥2时)改性的实测结果与理论计算结果不符。这是由于电子结构计算模型设计均为固溶体，而Mg及Ba(x≥2时)取代则生成了第二相。Mg取代的性能变化与倒数经验公式吻合。
3、用二步法制备了Sr取代的复合钙钛矿结构CLST基陶瓷(xCa15/16Sr1/16TiO3-(1-x)Li0.5 Sm0.5TiO3简称CST-LST)，探讨了A位有序结构对微波介电性能的影响。结果表明，x＜0.2时存在A位有序结构，x≥0.2时，A位有序结构消失。A位有序结构对介电常数和谐振频率温度系数几乎没有影响，对介电损耗的影响也不如晶粒尺寸、致密度等非本征因素的影响显著。当x=0.3时，得到相对最佳的微波介电性能:εr=102，Q×f=4，465GHz，τf=+4.28ppm/℃。
微波介质陶瓷;复合钙钛矿结构;微波介电性能
武汉理工大学
硕士
材料物理与化学
周静;沈杰
2013
中文
TQ174.756
75
2013-11-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）