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(Ba,La)_5(Ti,Ta)_4O_(15)陶瓷的制备与微波介电特性研究

刘再权  
【摘要】:随着微波技术的发展,微波介质陶瓷正成为现代通信技术中的关键基础材料,它的研究及应用引起了人们的广泛兴趣。现在移动通信系统逐步向高频化、小型化、集成化、高可靠性方向发展,这对于探索高介电常数微波介质陶瓷体系提出了强烈的要求。 本论文的主要目的是在A_5B_4O_(15)系列中探索新型类钙钛矿结构高性能微波介质陶瓷,进行了Ba_(5-x)La_xTi_xTa_(4-x)O_(15)(x=1~3)系列钛钽酸盐陶瓷的制备、结构与介电性能研究工作,并研究了材料Ba_3La_2Ti_2Ta_2O_(15)的B位Nb~(5+)离子取代Ta~(5+)离子对材料结构和介电性能的影响。 首先,采用高温固相反应法合成了Ba_(5-x)La_xTi_xTa_(4-x)O_(15)(x=1~3)系列陶瓷。然后进行了烧结性能研究,确定了相应的烧结制度。通过扫描电镜(SEM)、粉晶X射线衍射(XRD)、拉曼光谱分析等方法进行了相组成和结构分析,结果表明:该系列化合物均为纯相,属于A_5B_4O_(15)六方层状类钙钛矿结构;获得了Ba_(5-x)La_xTi_xTa_(4-x)O_(15)指标化的X射线粉末衍射数据和精修的晶胞参数。 其次,对合成的Ba_(5-x)La_xTi_xTa_(4-x)O_(15)(x=1~3)陶瓷作了微波介电性能分析。微波介电性能结果显示:随着x的增加,Ba_(5-x)La_xTi_xTa_(4-x)O_(15)(x=1~3)的介电常数从47.6逐步下降到44.6,谐振频率温度系数τ_f从33.1逐步下降到2.5ppm/℃,而其品质因数Q·f从24840增加到33030GHz。 最后,通过B位Nb~(5+)离子取代Ta~(5+)离子制备了Ba_3La_2Ti_2Ta_(2-x)Nb_xO_(15)(x=0,0.5,1,1.5,2.0)陶瓷,研究了取代对材料结构和性能的影响。Nb~(5+)离子取代后合成的三种化合物仍为A_5B_4O_(15)六方层状类钙钛矿结构,研究Ba_3La_2Ti_2Ta_(2-x)Nb_xO_(15)陶瓷微波下的性能,其介电性能随x的增大表现为很好的线性变化。随着x的增加,介电常数由45.1变化到49.8,而品质因子(Q·f)逐步降低,在31040~22006GHz之间变化,谐振频率温度系数τ_f逐步从+14.3增大到+32.1ppm/℃。


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