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CaO-Li_2O-Sm_2O_3-TiO_2微波介质陶瓷制备与介电性能研究

胡景川  
【摘要】: 微波介质陶瓷是一种新型的信息材料。本实验制备CaO-Li2O-Sm2O_3-TiO2微波介质陶瓷,期望获得谐振频率温度系数较小的材料。对材料的相组成与断面微观形貌采用XRD与SEM进行分析,介电常数、品质因数、谐振频率温度系数均在微波频率下测得。以此来研究材料的相组成、微观形貌、化学组分、烧结工艺与介电性能之间的关系。 xCaTiO_3-(1-x)(Li1/2Sm1/2)TiO_3通过固相法制得。该系预烧粉体形成了钙钛矿结构。陶瓷的晶胞体积与Li+、Sm3+的含量呈负相关关系。Li+、Sm3+的含量越多,陶瓷介电常数越低,实验获得介电常数ε:81~149;Li+、Sm3+的含量增加,介电损耗增大,品质因数Qf:2489~4895GHz;Li+、Sm3+的含量增加,谐振频率温度系数τ?由正值向负值移动。该系陶瓷介电常数随烧结温度升高而降低;介电损耗随烧结温度升高,先减小后增大,品质因数在烧结温度范围存在极大值;随烧结温度升高,谐振频率温度系数减小。对介电性能的优化组成点研究发现:当x=0.26时,获得较优介电性能:介电常数ε=101,品质因数Qf=3399GHz,谐振频率温度系数τ?=8ppm/℃。 0.3CaTiO_3-0.7[Li0.5(Sm1-xNdx)0.5]TiO_3由前驱体法制得。Nd3+的加入成功提高了介电常数,ε:109~126;降低了谐振频率温度系数,τ?:-14~16ppm/℃;但介电损耗却随之增大,即品质因数降低,Qf:3530~2313GHz。随烧结温度升高,介电常数降低,介电损耗增大,谐振频率温度系数减小。当烧结温度为1360℃,x=0.4时,样品可获得较优性能:介电常数ε=118,品质因数Qf=3068GHz,谐振频率温度系数τ?=5ppm/℃。 16CaO–9Li2O–12Sm2O_3–63TiO2通过固相法制得。对其预烧粉体进行XRD分析发现,相组成中存在Sm2Ti2O7(焦绿石相);随预烧温度升高,陶瓷致密度提高;烧结陶瓷结构主晶相为钙钛矿,随预烧温度升高,杂相金红石型TiO2减少,增至1150℃,陶瓷相组成趋于单一的正交钙钛矿。在1340℃时烧结,可获得如下介电性能:介电常数ε=112,品质因数Qf=2535GHz,谐振频率稳定系数τ? =52ppm /℃。


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