Ba(Mg1-3Nb2-3)O3微波介質(zhì)陶瓷改性研究.pdf

1、目前應(yīng)用于微波高頻段的材料主要以Ba(Mg1/3Ta2/3)O3和Ba(Mg1/3Zn2/3)O3等價(jià)格昂貴但微波性能優(yōu)越的陶瓷材料為主。近年來(lái)，隨著民用微波通信產(chǎn)業(yè)朝向微波高頻段延伸，對(duì)此類微波材料的價(jià)格提出了要求。Ba(Mg1/3 Nb2/3)O3具有價(jià)格低廉的優(yōu)勢(shì)，相比鉭酸鹽具有更高的介電常數(shù)，同時(shí)其理論品質(zhì)因子值很高，是鈮酸鹽中最有希望替代鉭酸鹽的下一代高頻應(yīng)用型微波介質(zhì)材料。但是Ba(Mg1/3 Nb2/3)O3存在著實(shí)際Q值

2、與理論值相差大、諧振頻率溫度系數(shù)偏大(tf=33×10-6/℃)和燒結(jié)溫度(1550℃)較高等問(wèn)題。本論文在對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上，分別從制備工藝、添加低熔點(diǎn)外摻物及兩相復(fù)合三方面對(duì)Ba(Mg1/3Nb2/3)O3微波介質(zhì)陶瓷進(jìn)行改性研究。
　　本文研究了Ba(Mgl/3 Nb2/3)O3陶瓷的制備工藝，重點(diǎn)討論了燒結(jié)制度對(duì)顯微形貌與微波介電性能的影響。研究表明，選取適當(dāng)?shù)念A(yù)合成溫度對(duì)于保證 Ba(Mgl/3-Nb2/3)

3、O3陶瓷燒結(jié)過(guò)程中雜相的消除起到了關(guān)鍵作用。在1550℃下保溫8h進(jìn)行燒結(jié)，得到了較好的微波介電性能：εr=33.5，Q×f=52000，tf=33×10-6/℃。
　　本文分別采用Ca-B-Si（CBS）、CuV2O6、BiVO4三種低熔點(diǎn)外摻物對(duì)Ba(Mgl/3-Nb2/3)O3陶瓷進(jìn)行摻雜改性研究，詳細(xì)考察了不同摻雜量對(duì)相組成、微觀形貌和微波介電性能的影響。研究結(jié)果表明：(1) CBS摻雜可促進(jìn)燒結(jié)并提高B位1：2有序度，進(jìn)

4、而降低微波損耗。當(dāng)CBS摻雜量為3.0wt％時(shí)，陶瓷致密化燒結(jié)溫度由純相時(shí)的1500℃以上降至1250℃左右，微波性能也達(dá)到體系最佳值：εr=28，Q×f=67800（8GHz），tf=45×10-6/℃。(2)摻雜CuV2O6能顯著降低Ba(Mgl/3Nb2/3)O3陶瓷的燒結(jié)溫度，但是不能明顯改善 fQ′值，特別是過(guò)量摻雜引起雜相的生成而導(dǎo)致微波性能急劇劣化。當(dāng) CuV2O6摻雜量為1.5wt％時(shí)，陶瓷致密化燒結(jié)溫度降低至1075℃

5、，材料的微波介電性能達(dá)到體系最佳值：εr=35，Q×f=54000（8GHz），tf=-24×10-6/℃。(3)以 BiVO4作為燒結(jié)助劑可以使 Ba(Mgl/3 Nb2/3)O3陶瓷在1150℃～1175℃時(shí)實(shí)現(xiàn)燒結(jié)致密。適量的摻雜可使微波性能得到提高，當(dāng) BiVO4添加量為1.5wt%時(shí)，材料獲得體系最佳微波介電性能：εr=34，Q×f=63000GHz(8GHz)，Tf≈27×10-6/℃。
　　MgTiO3具有與Ba(M

6、gl/3Nb2/3)O3類似的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，且具有較大的負(fù)溫度系數(shù)(Tf=-55×10-6/℃)。根據(jù)復(fù)相陶瓷的對(duì)數(shù)混合法則，在Ba(Mgl/3Nb2/3)O3體系引入適量的MgTiO3可以調(diào)節(jié)諧振頻率溫度系數(shù)接近于零。本文采用兩相復(fù)合的方法，以MgTiO3作為復(fù)合相制備了(1-X)Ba(Mgl/3 Nb2/3)O3·XMgTiO3復(fù)合陶瓷。研究表明，Ba(Mgl/3 Nb2/3)O3體系中部分固溶MgTiO3使得B位有序度提高；隨著Mg