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CaTiO_3-NdAlO_3微波介质陶瓷的制备与性能研究

郭宏政  
【摘要】:随着现代无线通信技术的日益发展,微波通信技术成为现代通信技术的重要组成部分。具有中等介电常数、高品质因数的微波介质材料被广泛应用在军用及民用领域。本文采用固相反应法制备试样,研究了烧结工艺、离子置换、烧结助剂对(1-x)CaTiO3-xNdAlO3(CTNA)陶瓷的相组成、晶体结构和微波介电性能的影响。 系统研究了不同x值(0.2~0.5)对(1-x)CaTiO3-x NdAlO3微波介质陶瓷烧结性能和微波性能的影响。1450℃保温4小时可获得致密的CTNA陶瓷。在所研究的范围内,均完全形成了正交钙钛矿结构的固溶体。随着NdAlO3含量的增加,介电常数和谐振频率温度系数减小,品质因数变大。当x=0.3时,得到的CTNA30复合体系具有良好的微波介电性能:εr=44.97,Qf=21487GHz,τf= 15.17ppm/℃。通过改变烧结工艺对CTNA30陶瓷进行了研究,得到一组性能良好的CTNA30陶瓷:εr=45.8, Qf=26704GHz,τf=15.92ppm/℃。 通过ZnO对CTNA30陶瓷进行掺杂改性。用二价金属离子Zn2+对CTNA30固溶体的A位Ca2+进行置换。ZnO的引入促进了CTNA30陶瓷的烧结,在所研究成分的范围内,陶瓷的相组成为正交晶系的钙钛矿结构固溶体主晶相。掺杂1wt%ZnO的CTNA30陶瓷,1350℃下保温4h,可以获得最佳的微波性能:εr=38.92, Qf= 16989GHz,τf=2.47ppm/℃。掺杂1.5wt%ZnO的CTNA30陶瓷,1350℃下烧结4h,可以获得最佳的微波性能:εr=35.2, Qf=16497GHz,τf=-3.17ppm/℃。添加1.5wt%ZnO的CTNA30陶瓷在1400℃下保温4小时出现第二相CaAl12O19。 添加烧结助剂B2O3烧结CTNA30陶瓷。当B2O3掺杂量较低时为正交钙钛矿结构,随着B2O3添加量增加到8%时,出现第二相CaAl12O19。添加B2O3能将CTNA30陶瓷的烧结温度从1450℃降至1300℃。添加5wt% B2O3的CTNA30陶瓷在1300℃烧结4小时具有较好的微波介电性能εr=40.68,Qf-=24810GHz, rf =22.12ppm/℃。


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