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《武汉理工大学》 2004年
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低损耗微波介质陶瓷Ba(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3的改性研究

田中青  
【摘要】:微波介质陶瓷是指应用于微波频段电路中作为介质材料并完成一定功能的陶瓷,是近三十年来发展起来的一种新型功能陶瓷材料,具有介电常数ε_r高、品质因子Q高、频率温度系数τ_f小等优良性能,是制作谐振器、滤波器等各种微波器件的关键材料。民用微波器件向微波高频段的发展不仅要求微波介质陶瓷在高频段具有优良的微波介电性能,而且也要求产品必须具有低廉的价格。Ba(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3微波介质陶瓷具有良好的微波介电性能和低廉的价格,但是,其性能和钽酸盐相比仍有很大的差距。论文在文献综合的基础上结合理论和实验结果,探讨了Ba(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3的改性原则。在此原则的指导下,论文从材料制备、组成、结构和性能的关系这一整体思想出发,进行了制备工艺、结构缺陷、掺杂和取代对Ba(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3微波介质陶瓷的晶体结构、显微结构和微波介电性能的影响及相互间关系的研究。 在理论分析和文献研究相结合的基础上,提出了Ba(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3改性途径。研究了Ba(B′_(1/3)B″_(2/3))O_3化合物的介电常数偏离Clausius-Mosotti方程的原因,并提出了修正公式,根据该公式可方便的预测Ba(B′_(1/3)B″_(2/3))O_3化合物的介电常数随组成的变化。通过文献研究,发现陶瓷材料的本征和非本征损耗是影响其品质因子的主要因素。提高B位1:2有序度,消除缺陷是降低Ba(B′_(1/3)B″_(2/3))O_3化合物陶瓷微波介电损耗的有效途径。在理论分析的基础上,首次提出了用B位离子电负性作为调节Ba(B′_(1/3)B″_(2/3))O_3微波介质陶瓷谐振频率温度系数的判据,为Ba(B′_(1/3)B″_(2/3))O_3微波介质陶瓷谐振频率温度系数的调节指明了方向。 研究了制备工艺对Ba(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3陶瓷结构和微波介电性能的影响。熔盐法可在900℃合成纯Ba(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3相,而常规固相法即使在1400℃也不能合成纯Ba(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3相;熔盐法合成的粉体具有较细的粒径,具有比常规固相法更高的烧结活性,烧结温度可降低50℃左右,微波介电性能也得到一定的改善;烧结温度、保温时间、退火时间对Ba(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3陶瓷的Qf值有非常大的影响。 首次系统研究了A、B位非化学计量比缺陷对Ba(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3陶瓷的结构和微波介电性能的影响。Ba缺量可促进Ba(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3烧结和B位1:2有序,而Ba过量则阻碍Ba(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3烧结和B位1:2有序。B位Nb过量可促进Ba(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3烧结和B位1:2有序,而Nb缺量则阻碍Ba(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3烧结和B位1:2有序。Ba缺量促进Ba(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3烧结和B位1:2有序是由 于Ba空位的存在,而Ba过量阻碍Ba(Mg.l3N鲡)03烧结可能是过量的Ba以游 离态存在于晶界,阻碍了晶界的移动,抑制了陶瓷的致密化和B位1:2有序化。 过量的Nb和Ba形成了Ba5Nb4O:5化合物,导致在基体相中产生Ba缺位,从而 促进了烧结和B位l:2有序化.当Nb缺量时,可能有部分游离的BaO和Mgo 存在于晶界而阻碍了晶界的移动,从而阻碍了Ba(M gll3NbZI3)伪烧结和B位1:2 有序。Ba缺量对Ba(Mg.oN喻)03陶瓷的介电常数影响不大,而随着Nb过量的 增加,陶瓷的介电常数增加。随着Ba过量和Nb缺量的增加,材料的Qf值迅速 降低。 研究了低熔点外掺物Mno:和Bawo;对Ba(Mg.,3Nb刀3)03烧结特性、结构和 微波介电性能的影响。MnOZ可以有效地促进Ba(Mgl浏bZI3)03陶瓷的烧结,烧 结温度可由1550℃降低到1400℃左右并促进了晶粒的生长;掺量为1%mol的 Ba(Mgl浏b功)o3陶瓷具有最好的微波介电性能 “产31·5,Qf=68000,T户3 1 .lpplnl’C,Qf值的提高是因为Mno:的掺入改善T陶瓷T 烧结性,提高了其相对密度及消除了晶粒内部的氧空位。BaWO;掺杂引起的B 位离子更大的电荷和半径差异增加了Ba(Mg:lsNb”)o3的有序度,更重要的是, w6+取代Nbs+所引起的妮空位和氧空位加强了B位离子扩散的速率,促进了1:2 长程有序区域的生长。BaWO;掺量为 0.03mol时,由于高的l:2有序度和高的相 对密度,可以获得最高的Qf值82300GHz。Ba(MgloN喻)03中加入Baw04所 产生的BaWO;相和Ba5Nb4O:5相对体系的介电常数和频率温度系数的影响可以 分别根据对数混合法则和混合法则来解释。 A位La等价不等量取代Ba促进了Ba,.xL处功(Mgll3N肠)03陶瓷的烧结,烧 结样品为单一的复合钙钦矿相,随着La置换量的增加,晶胞参数和单位晶胞体 积略有减小,晶格常数比(c/a)增大,介电常数略有减小,谐振频率温度系数的变 化没有规律性,其原因尚不清楚,在x=0.O05mol时,Qf值达到最大值5500oGHz。 研究了B位取代对Ba(Mg.乃N喻)伪晶体结构、显微结构和微波介电性能的 影响。(l一x)Ba(Mgl乃Nb劝)伪·xBa伽11乃Nha3)伪可以形成完全固溶体, Ba(N ill3N喻)03对介电常数影响不大,Qf值和谐振频率温度系数随 Ba(Ni:。Nb劝)o3量的增加而降低。在此体系中可以获得谐振频率温度系数近零的 微波介质陶瓷Ba(Mg.、Ni:I6Nb刀3)03,其微波介电性能如下:。,=30.9,Qr=3只00 andTr=一0·55pp而’CO Ba(C鲡M歇:.器冲Nb扔)03(x=0、0.05、0.1、0.1
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TQ174

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前2条
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2 郭秀盈;高频高介Ag(Nb,Ta)O_3陶瓷的合成与改性研究[D];天津大学;2006年
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1 彭森;Ba(Mg_(1/3)Ta_(2/3))O_3微波介质陶瓷改性研究[D];电子科技大学;2011年
2 吴炎妹;系列A_4B_3O_(12)型微波介质陶瓷的结构与介电性能研究[D];武汉理工大学;2008年
3 王冬梅;Ba(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3微波介质陶瓷改性研究[D];电子科技大学;2010年
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【参考文献】
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【共引文献】
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5 石锋;孙玮;;Ba(Zn_(1/3)Nb_(2/3))O_3陶瓷A位K~+取代对烧结温度的影响[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(2)[C];2007年
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8 陈珂;梁亚红;;板状电介质对阻挡放电的影响分析[A];第十三届中国电除尘学术会议论文集[C];2009年
9 高亮;陈文华;刘娟;潘骏;卢献彪;;航天电连接器绝缘电阻随真空度和温度变化规律的研究[A];2010年全国机械行业可靠性技术学术交流会暨第四届可靠性工程分会第二次全体委员大会论文集[C];2010年
10 周涛;党智敏;;界面改性对聚合物基复合材料介电性能的影响[A];第十三届全国工程电介质学术会议论文集[C];2011年
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3 贺媛;BaTiO_3纳米纤维湿度传感性能的研究[D];吉林大学;2011年
4 翟海法;几种氧化物介质材料的制备及其光催化与电学性能的研究[D];南京大学;2011年
5 董春杰;超声振动辅助电火花放电表面强化技术及机理研究[D];山东大学;2011年
6 彭元东;微波加热机制及粉末冶金材料烧结特性研究[D];中南大学;2011年
7 雷研;铌钛酸盐体系微波介质陶瓷的制备与性能研究[D];中国海洋大学;2011年
8 周迪;新型铋基低温烧结微波介质陶瓷研究[D];西安交通大学;2009年
9 魏雪松;低温烧结Ba_(6-3x)(Nd_(1-y)Bi_y)_(8+2x)Ti_(18)O_(54)体系陶瓷研究[D];天津大学;2011年
10 蔡苇;钛酸钡基陶瓷的制备、微结构及介电性能研究[D];重庆大学;2011年
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2 宋文文;ZnNb_2O_6及ZnTa_2O_6陶瓷粉体的制备方法研究[D];中国海洋大学;2010年
3 王芳;Bi_(3.15)Nd_(0.85)Ti_3O_(12)铁电纳米管的制备与表征[D];湘潭大学;2010年
4 王永源;并联电容器组中电容器损坏特征与过电压保护研究[D];华南理工大学;2011年
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7 彭森;Ba(Mg_(1/3)Ta_(2/3))O_3微波介质陶瓷改性研究[D];电子科技大学;2011年
8 董和磊;复合钙钛矿微波介质陶瓷的微观结构表征与分析[D];山东师范大学;2011年
9 黄亚蒙;BiNbO_4和ZnTiO_3微波介质陶瓷改性及其与铜电极共烧[D];浙江大学;2011年
10 王颖;改性CaCu_3Ti_4O_(12)及相关陶瓷的结构与巨介电效应[D];浙江大学;2011年
【同被引文献】
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10 章锦泰,许赛卿,周东祥,熊兆贤,方永汉;微波介质材料与器件的发展[J];电子元件与材料;2004年06期
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1 杜慧玲;姚熹;张良莹;;Bi_2O_3-ZnO-Nb_2O_5-CaO四元焦绿石系统相结构与介电性能研究[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年
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1 卢祥军;改性铅基复合钙钛矿型弛豫铁电陶瓷的结构与微波介电性能[D];浙江大学;2001年
2 徐建梅;水热合成Ba-Ti基微波介质陶瓷的研究[D];华中科技大学;2004年
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4 胡明哲;铅基钙钛矿高介电常数微波介质陶瓷的改性研究[D];华中科技大学;2004年
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6 张辉;系列类钙钛矿化合物的组成、结构与介电性能关系的研究[D];武汉理工大学;2006年
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4 李媛;高介微波陶瓷材料的研究[D];天津大学;2007年
【二级引证文献】
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1 胡长征;新型无铅铌、钽酸盐陶瓷的制备与介电、铁电特性研究[D];武汉理工大学;2010年
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1 郭宏政;CaTiO_3-NdAlO_3微波介质陶瓷的制备与性能研究[D];昆明理工大学;2009年
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4 吴炎妹;系列A_4B_3O_(12)型微波介质陶瓷的结构与介电性能研究[D];武汉理工大学;2008年
【二级参考文献】
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5 王军军;吴松平;郑留群;;La_2O_3-SiO_2体系微波介质陶瓷性能研究[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
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3 记者 刘相华;佳利电子拟登陆A股 “万向系”有望添新丁[N];上海证券报;2011年
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3 余盛全;两种Ti基微波介质陶瓷的制备与性能研究[D];电子科技大学;2013年
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5 沈杰;Ca基复合钙钛矿微波介质陶瓷介电机理研究[D];武汉理工大学;2009年
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7 傅茂森;复合钙钛矿微波介质陶瓷的结构与性能[D];浙江大学;2009年
8 石锋;Ba(Zn_(1/3)Nb_(2/3))O_3微波介质陶瓷介电性能的研究[D];天津大学;2003年
9 秦霓;Ba_(6-3x)Ln_(8+2x)Ti_(18)O_(54)基微波介质陶瓷的改性及若干基础问题[D];浙江大学;2006年
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6 胡景川;CaO-Li_2O-Sm_2O_3-TiO_2微波介质陶瓷制备与介电性能研究[D];成都理工大学;2010年
7 韩香菊;CaO-La_2O_3-Li_2O-Nd_2O_3-TiO_2微波介质陶瓷的低温烧结[D];河南科技大学;2009年
8 董和磊;复合钙钛矿微波介质陶瓷的微观结构表征与分析[D];山东师范大学;2011年
9 张岭;ZnO-Nb_2O5-TiO_2系微波介质陶瓷低温烧结特性的研究[D];华中科技大学;2010年
10 赵麒植;低温烧结(Zn,Mg)TiO_3微波陶瓷的研究[D];电子科技大学;2010年
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