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CaTiO_3-NdAlO_3微波陶瓷的制备与介电性能研究

周芹  
【摘要】:CaTiO_3-NdAlO_3(CTNA)系中介电常数微波介质陶瓷,具有优异的微波介电性能,在现代移动通信、数字电视接收系统以及军事雷达等领域有着广泛的应用,人们对该体系微波介质陶瓷的研究越来越多。但是目前,该体系陶瓷还普遍存在烧结温度高、性能(Qf值)稳定性较差、精细结构尚未完全确认等问题。因此,本文采用固相反应法制备了0.7CaTiO_3-0.3NdAlO_3(CTNA30)陶瓷,研究了制备工艺、A位离子取代置换及掺加低熔点助烧剂对CTNA30陶瓷烧结性能、物相组成、显微结构及微波介电性能的影响,得到以下结论: 采用二次合成法制备CaTiO_3和NdAlO_3陶瓷粉体,再经不同温度预烧和烧结,制得0.7CaTiO_3-0.3NdAlO_3(CTNA30)陶瓷。随预烧温度的升高,CTNA30陶瓷的体积密度、 ε_r逐渐减小,Qf值先升高后降低,在1140℃预烧时得到最大值,τ变化不大。CTNA30陶瓷在1140℃预烧,1450℃烧结,保温3h得到较好的微波介电性能: ε_r=49.61,Qf=66527GHz,τ_f=-0.75ppm∕℃。 Sm~(3+)、Ce4+对CTNA30陶瓷的进行A位Nd~(3+)置换取代,采用一次合成法制备0.7CaTiO_3-0.3NdAlO_3(CTNA30)、0.7CaTiO_3-0.3Sm_xNd_(1-x)AlO_3(CTSNA)和0.7CaTiO_3-0.3Ce_xNd_(1-x)AlO_3(CTCNA)陶瓷。CTNA、CTSNA系、CTCNA系陶瓷在1450℃烧结均形成正交晶系的钙钛矿结构。CTNA30陶瓷和CTCNA系列陶瓷在1450℃致密烧结,CTSNA系列陶瓷在1480℃致密烧结。CTSNA系陶瓷的τf比CTNA30陶瓷更接近零,CTCNA系陶瓷的介电常数高于CTNA30陶瓷,但CTSNA系和CTCNA系陶瓷综合微波介电性能不及CTNA30。CTNA30陶瓷在1255℃预烧,1450℃烧结,保温3h,得到最佳微波介电性能为:ε_r=52.1,Qf=67028GHz,τ_f=6.28ppm∕℃。 掺加V2O5助烧剂烧结CTNA30陶瓷。陶瓷均为正交钙钛矿结构。掺加V2O5使陶瓷致密烧结温度从1450℃降低到1410℃。掺加0.2wt%V2O5的CTNA30陶瓷,在1255℃预烧,1410℃烧结,保温3h,具有较好的微波介电性能: εr=49.7,Qf=63198GHz,τ_f=2.91ppm∕℃。 掺加B_2O_3助烧剂烧结CTNA30陶瓷。当掺杂少量B_2O_3时,陶瓷为正交钙钛矿结构,随着B_2O_3添加量增加到2wt%时,出现第二相Ca(Al_(0.84)Ti_(0.16))_(12)O_9。添加B_2O_3使CTNA30陶瓷的致密烧结温度从1450℃降至1300℃,同时扩宽了陶瓷的烧结范围。掺加2wt%B_2O_3的CTNA30陶瓷,在1255℃预烧,1300℃烧结,保温3h,获得的微波介电性能为:ε_r=49.99,Q=57862GHz,τ_f=5.39ppm∕℃。


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