【摘 要】
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随着移动通信技术不断地更新换代,作为广泛应用于移动通信基站、航天航空、全球卫星定位等领域的重要组成部分,微波电子元器件正朝向高频化、小型化、超低损耗和温度稳定性方向发展。因此新的微波介质陶瓷材料除了需要具有较低的介电常数和接近零的谐振频率温度系数以外,还需要有超低的介电损耗,以满足微波电子设备在毫米波频段下的工作要求。本文采用传统固相反应法制备了温度稳定的Sr2Ce0.665Ti0.335O4(S
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随着移动通信技术不断地更新换代,作为广泛应用于移动通信基站、航天航空、全球卫星定位等领域的重要组成部分,微波电子元器件正朝向高频化、小型化、超低损耗和温度稳定性方向发展。因此新的微波介质陶瓷材料除了需要具有较低的介电常数和接近零的谐振频率温度系数以外,还需要有超低的介电损耗,以满足微波电子设备在毫米波频段下的工作要求。本文采用传统固相反应法制备了温度稳定的Sr2Ce0.665Ti0.335O4(SCT)复合陶瓷以及新型低损耗(1-x)Ca2SnO4-xCaTiO3复相陶瓷,通过引入A位离子取代、改善低温烧结特性、借助XRD、SEM、EDS及矢量网络分析仪等方法系统地研究了材料的烧结行为、相组成、显微组织与微波介电性能的关系。论文的主要研究内容如下:首先,通过传统固相法合成了以Sr2CeO4和Sr2TiO4两相为主要相结构的SCT微波介质复合陶瓷材料,随后向SCT陶瓷中引入Ca2+进行A位取代,研究其对SCT陶瓷微波介电性能的影响。XRD和EDS结果表明烧结后的陶瓷中存在稳定的两相结构,且Ca2+溶入了基体晶格,没有引起相组成的改变。SEM结果表明Ca2+取代促进了晶粒生长和微观结构致密化。同时少量添加Ca2+有助于稳定晶体结构,使样品的Q×f值得到了有效的改善。当Ca2+添加量为0.25 mol.%时,在1150℃烧结4 h后取得最优性能:εr=20.9,Q×f=168,580 GHz,τf=-0.8 ppm/℃,在毫米波频段具有良好的应用潜力。随后,向SCT陶瓷中添加少量的Li2O-B2O3-SiO2(LBS)玻璃,其烧结温度从1400℃降低至1050℃。XRD结果表明LBS玻璃的加入会引起少量SrCeO3杂相,导致介电损耗增加。同时少量的LBS玻璃能促进SCT陶瓷的致密化,并改善微观形貌,减小气孔数量,从而保持较好的介电性能。但过量的玻璃会在晶界析出,阻碍其致密化并恶化介电性能。当LBS玻璃添加量为1.5 wt.%时,在1050℃烧结4h后取得最优性能:εr=19.4,Q×f=63,010 GHz,τf=-4.8 ppm/℃。最后,制备了一种新型低损耗的(1-x)Ca2SnO4-xCaTiO3(x=0.08-0.16)复相陶瓷,研究了两相相对含量对其相结构和微波介电性能的影响。XRD和SEM结果表明在1350-1475℃之间复相陶瓷的主晶相由Ca2SnO4和Ca TiO3组成,没有其他杂相生成。复相陶瓷样品的微观结构均匀,晶界清晰,晶粒之间堆积紧密。通过调节两相的相对含量可以获得谐振频率系数近零的复相陶瓷材料。当x=0.12时,0.88Ca2SnO4-0.12Ca TiO3复相陶瓷样品在1425℃烧结4 h时具有良好的综合介电性能:εr=13.2,Q×f=44,510 GHz,τf=-1.3 ppm/℃。
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