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(1-x)CaTiO_3-xCa(Zn_(1/3)Nb_(2/3))O_3固溶体陶瓷的微波介电性能研究

余洪滔  
【摘要】: 微波介质陶瓷在过去三十几年得到了广泛的研究,大大促进了微波通信技术的发展。它对于性能有极高的要求:高的介电常数(ε_r)、低的介电损耗(Q=tanδ~(-1))和接近于零的频率温度系数(t_f)。因此大多数具有高介电常数的材料,如铁电材料,不能用于微波介质谐振器材料。本论文将分别具有正、负频率温度系数的CaTiO_3和Ca(Zn_(1/3)Nb_(2/3))O_3混合形成的固溶体的微波性能进行了研究。寻找一种具有高介电常数、低介电损耗和近零频率温度系数的新的微波介质陶瓷材料。 采用传统固相反应法制备(1-x)CaTiO_3-xCa(Zn_(1/3)Nb_(2/3))O_3固溶体陶瓷,XRD分析其相组成,结果表明在整个x变化范围内,形成了完全固溶体,且为正交钙钛矿结构。SEM扫描电镜观察其表面形貌,陶瓷致密,气孔率低。HP网络分析仪测定体系微波介电性能,发现当x值从0到1时,其微波介电性能的变化表现为非单调线性的变化;介电常数ε,从170减小到35,品质因子Q×f从3600增加到16000GHz,频率温度系数t_f从800变化到-28ppm/℃。并且,当x=0.7时,制备出了一种新型的接近于零频率温度系数的微波介质陶瓷:0.3CaTiO_3-0.7Ca(Zn_(1/3)Nb_(2/3))O_3,其微波介电性能为:ε_r=51,Q×f=10860GHz,t_f=-6 ppm/℃。并且利用Clausius-Mosotti方程计算该体系介电常数,得到了与实测值相同的变化趋势,定性的分析了两者之间产生差异的原因, 并对0.3CaTiO_3-0.7Ca(Zn_(1/3)Nb_(2/3))O_3的微波性能的改善方法与途径作了研究。通过在其中加入CuO作为烧结助熔剂,降低烧结温度,实现陶瓷的低温液相烧结,改善了陶瓷晶粒的形貌,降低了材料的介电损耗。当CuO掺入量为1.0wt%时,在1200℃烧结4小时的0.3CaTiO_3-0.7Ca(Zn_(1/3)Nb_(2/3))O_3陶瓷体具有良好的微波介电性能:ε_r=51.7,Q×f=13900GHz,t_f=-8 ppm/℃。


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