SrLnAlO4(Ln=La,Nd,Sm)系微波陶瓷材料的制備及性能研究.pdf

1、隨著通訊技術(shù)和微波通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，對微波介質(zhì)材料的需求非常迫切。特別是介電常數(shù)在20左右，具有超低損耗，頻率溫度系數(shù)近零且可調(diào)的微波介質(zhì)陶瓷，遠遠不能滿足當(dāng)前市場需求。具有K2NiF4結(jié)構(gòu)的ABCO4(A=Sr,Ca;B=La,Nd,Sm;C=Al)陶瓷具有良好的微波介電性能，且不含Ta等貴重金屬，制備工藝簡單，能夠很好的滿足市場要求。
　　本論文對其中的SLnA系微波陶瓷材料進行了系統(tǒng)全面的研究，主要研究了ABCO4中基礎(chǔ)配

2、方、B位、A位及C位離子取代、工藝研究等方面。詳細的分析了不同位置取代以及不同工藝制法對材料相組成、晶體結(jié)構(gòu)以及微波介電性能的影響。
　　在本課題組的實驗條件下，合成了Sr(LaxNd1-x)AlO4及Sr(SmxNd1-x)AlO4陶瓷，并分析其結(jié)構(gòu)及性能。結(jié)果表明B位兩種離子共存時，可以提高其微波介電性能。對于Sr(LaxNd1-x)AlO4，隨著La3+取代Nd3+的增加，Q×f呈線性增長，到x=0.9時，顯著提升到最大值。

3、由于B位引入了La3+, AB位離子半徑差有所減小，使得鹽巖層的晶格畸變減小，內(nèi)應(yīng)力減小，結(jié)構(gòu)許容因子t增大，穩(wěn)定性增加。因此，Q×f得到提升。εr略有下降，從19.1下降到17.88，τf從-9ppm/℃變化到-34ppm/℃；對于Sr(SmxNd1-x)AlO4，隨著Sm3+取代Nd3+的增加，Q×f值成線性增長，到x=0.9時，提升到最大值，εr變化不大，從17.2增加到19.7，τf從-9ppm/℃調(diào)節(jié)到-3ppm/℃。得到性能

4、最優(yōu)的組份為Sr(La0.9Nd0.1)AlO4：εr=18.49,Q×f=65900GHz,τf=-27ppm/℃；Sr(Sm0.9Nd0.1)AlO4：εr=19.7，Q×f=61353GHz，τf=-3ppm/℃。
　　選取上述微波性能最佳的組份為基礎(chǔ)，在A位引入Ca2+，得到了(CaxSr1-x)(La0.9Nd0.1)AlO4以及(CaxSr1-x)(Sm0.9Nd0.1)AlO4陶瓷。實驗證明，A位Ca2+的引入，會為

5、(CaxSr1-x)(La0.9Nd0.1)AlO4引入LaAlO3雜質(zhì)，反而影響其微波性能。而對于(CaxSr1-x)(Sm0.9Nd0.1)AlO4，Q×f值先增加后減小，在x=0.8時達到最大值，到x=0.9時開始下降。隨著Ca2+的增加，Sr2+離子被取代，AB位離子半徑差減小，造成晶體內(nèi)部鹽巖層的失配減小，內(nèi)應(yīng)力減小，從而損耗降低，有利于Q×f值的提升。另一方面，結(jié)構(gòu)許容因子t減小，穩(wěn)定性降低，這導(dǎo)致鈣鈦礦和鹽巖層之間的匹配下

6、降，內(nèi)應(yīng)力增加，損耗增加。這兩種相反的因素相互影響，使得Q×f值呈現(xiàn)出先上升再下降的趨勢。得到性能最優(yōu)的組份為(Ca0.8Sr0.2)(Sm0.9Nd0.1)AlO4：εr=19.66，Q×f=76575GHz，τf=-14.2ppm/℃。
　　為了調(diào)節(jié)Sr(La0.9Nd0.1)AlO4的介電常數(shù)及頻率溫度系數(shù)，在C位引入了Ti4+，合成了Sr(La0.9Nd0.1)(Al1-xTix)O4陶瓷。介電常數(shù)εr隨著Ti4+的增加，