Mg4Nb2O9/CaTiO3复合介质陶瓷的结构和介电性能

以1.7%(质量分数)V2O5为烧结助剂,采用传统固相反应法制备了(1-x)Mg4Nb2O9 xCaTiO3[(1-x)MN-xCT]颗粒复合微波介质陶瓷.研究了陶瓷的微观结构和微波介电性能.结果表明:当0.5≤x≤0.7时,经1 150℃烧结5 h制备的(1-x)MN-xCT样品仍为Mg4Nb2O9和CaTiO3相,没有生成其它新相,在不同相之间存在元素扩散.当x从0.3增加到0.7,样品的相对介电常数(εr)和谐振频率(f)温度系数(τf)随x值的增加而增大,而品质因数(Q)却随x增大而降低.当x=0.5,1 150℃烧结5h后,获得的0.5Mg4Nb2O9/0.5CaTiO3 1.7%V2O5微波介质陶瓷的εr=20,Qf=48000 GHz(f=8 GHz),τf=12×10-6/℃.     

低温烧结Mg_4Nb_2O_9-0.75wt%V_2O_5-1.5wt%Li_2CO_3微波介质陶瓷及其性能研究

采用高能球磨法制备陶瓷,研究了0.75wt%V2O5和1.5wt%Li2CO3共掺杂对Mg4Nb2O9陶瓷的烧结性能和微波介电性能的影响。实验结果表明0.75wt%V2O5和1.5wt%Li2CO3共掺杂有助于Mg4Nb2O9陶瓷在烧结过程中形成液相,促进低温致密化烧结,进而降低陶瓷的烧结温度。900℃烧结Mg4Nb2O9陶瓷,结构致密、组织均匀,平均粒径0.75μm,εr=12.58,Q×f=5539 GHz。随烧结温度升高,晶粒长大,密度升高,εr和Q×f值增大。微波介电性能表征表明Mg4Nb2O9-0.75wt%V2O5-1.5wt%Li2CO3陶瓷在950℃下低温烧结,获得εr=13.07,Q×f=10858GHz的亚微米级陶瓷,其优良的微波介电性能使其有望成为新一代低温烧结低介高频微波介质基板材料。     

(1-x)Li1.0125MgPO4-xBa3(VO4)2复相陶瓷的制备及其微波介电性能

采用固相烧结法制备(1–x)Li_(1.0125)Mg PO_4–x Ba_3(VO_4)_2复相陶瓷,研究了Ba_3(VO_4)_2掺杂对复相陶瓷相组成、烧结特性、显微组织和微波介电性能的影响。结果表明:(1–x)Li_(1.0125)Mg PO_4–x Ba_3(VO_4)_2陶瓷中仅存在Li_(1.0125)Mg PO_4和Ba_3(VO_4)_2相。Ba_3(VO_4)_2的添加能明显降低Li_(1.0125)MgPO_4陶瓷的烧结温度。随着Ba_3(VO_4)_2含量的增加,复相陶瓷的相对介电常数ε_r逐渐增大,品质因子Q×f逐渐减小,谐振频率温度系数τ_f由负值逐渐变为正值。通过调节x值,可获得近零的τ_f值。0.5Li_(1.0125)MgPO_4–0.5Ba_3(VO_4)_2复相陶瓷经875℃烧结2 h后具有最佳微波介电性能,即ε_r=9.72,Q×f=57 347 GHz,τ_f=-1.9×10~(-6)/℃,是一种极具潜力的低温共烧介质材料。     

TiO_2添加量对Zn_(0.8)Mg_(0.2)ZrNb_2O_8微波介质陶瓷结构和性能的影响

采用传统固相合成工艺制备(1–x)Zn0.8Mg0.2Zr Nb2O8-x TiO_2(ZMZNT,x=0.00,0.20,0.40,0.50,0.60,0.65,0.70,0.80)微波介质陶瓷,研究了TiO_2添加量对Zn0.8Mg0.2Zr Nb2O8陶瓷烧结行为、相结构、微观结构以及微波介电性能的影响。结果表明:随着TiO_2添加量增加,ZMZNT陶瓷的烧结温度逐步下降。当x=0~0.5时,形成了Zn0.8Mg0.2(Zr,Ti)Nb2O8固溶体;而当x=0.6~0.8时,陶瓷体系发生了复杂物相变化,微观形貌也呈现对应的变化规律。随着TiO_2添加量的增加,ZMZNT陶瓷相对介电常数εr逐渐增大,品质因数Q×f呈下降趋势,谐振频率温度系数τf呈上升趋势。当x=0.65时,0.35Zn0.8Mg0.2Zr Nb2O8-0.65 TiO_2陶瓷在1 170℃烧结4 h,可以获得较佳的微波介电性能:εr=36.7,Q×f=37 432 GHz,τf=7.12×10–6/℃。     

(1-x)Ba4Sm9.33Ti18O54-xCa0.61Nd0.26TiO3系微波介质陶瓷

采用固相合成法制备了(1-x)Ba4Sm9.33Ti18O54-xCa0.61Nd0.26TiO3[(1-x)BST-xCNT]系微波介质陶瓷.探讨了组成、烧结温度对微波介质陶瓷结构、介电性能的影响.x＜0.6时,(1-x)BST-xCNT陶瓷为正交结构的新型钨青铜单相.x≥0.6时,相继出现了第二相Sm2Ti2O7和钙钛矿相,最终形成钙钛矿单相.微波介质陶瓷的介电常数ε随x的增大持续升高,品质因子Qf值则先增大后迅速减小再急剧增大.1 325～1 350 ℃烧结样品的微波介电性能达到最佳:x=0时,ε=75,Qf=8985GHz,谐振频率温度系数τf=-8.2×10-6/℃;x=0.2时,ε=75,Qf=9 552GHz,τf=-14.4×10-6/℃;x=1时,ε=108.9,Qf=14919GHz,τf=236.2×10-6/℃.     

Ca_(0.6)La_(0.8/3)TiO_3-Li_(0.5)Sm_(0.5)TiO_3复合微波陶瓷的介电性能

采用传统固相合成法制备了xCa0.6La0.8/3TiO3-(1-x)(Li0.5Sm0.5)TiO3(CLT-LST)系列微波介质陶瓷材料,研究了该系列微波介质陶瓷的物相结构、表面形貌、介电性能。实验发现:随着Ca0.6La0.8/3TiO3含量的增多,CLT-LST样品XRD峰轻微左移。陶瓷组成对微波介电性能影响显著,复合体系CLT-LST的微波介电性能随着x值不同而连续变化:当x从0.2上升到0.6时,介电常数(εr)逐步增大,在x=(0.4~0.6),εr变化趋于稳定,达到较佳值;品质因数(Q·f)则先减小后增大再迅速减小;谐振频率温度系数(τf)逐渐从负值向正值方向移动。当复合体系组成为0.4Ca0.6La0.8/3TiO3-0.6(Li0.5Sm0.5)TiO3时,在1 250℃烧结4h所得到的微波介电性能较佳,εr=125;Q·f=2 680GHz;τf=7.0×106/℃。     

钴离子取代对Ca5Mg4–xCox(VO4)6陶瓷微波介电性能的影响

采用固相反应法制备低温烧结Ca₅Mg₄(VO₄)₆微波介质陶瓷,研究了Co掺杂取代Mg对微波介电性能的影响。结果表明:Co取代后样品形成了固溶体,导致烧结温度降低。当相对密度较低时,致密度主导着εr的变化;当相对密度较高时,εr主要受单位体积离子极化率的影响。此外,Co取代使得晶粒尺寸减小,进而促进了Q×f值的提升。由于τf与键能有着密切的联系,而V—O键的键能最大,τf随着V—O键键能的变化而改变。Ca5Mg4(VO₄)₆具有最佳的微波介电性能:εr=9.65,Q×f=54 685 GHz,τf=–55.3×10^–6℃^–1。     

Ti-B位置换改性硅酸镁陶瓷的微观结构与微波介电性能

研究了Ti-B位置换改性Mg2SiO4陶瓷微结构和微波介电性能.结果表明;在合成Mg2SiO4陶瓷过程中,Mg2SiO3总是作为第二相出现,Ti的引入能够有效地抑制Mg2SiO3的出现;但是,Ti不是进入Si-O四面体取代置换Si形成Mg2(Si1-xTix)O4固溶体,而是Mg与反应形成Mg2TiO4、Mg2Ti2O5等第二相.随着x值增加,Mg2(Si1-xTix)O4陶瓷的相对介电常数(εr)从6.8增加到8.1,机械品质因数与频率乘积(Q×f)也获得显著改善,但谐振频率温度系数(τf)不会因Ti引入而得到优化.在x=0.1时,Mg2(Si0.9Ti0.1)O4陶瓷获得最优的微波介电性能:εr=7.4,Q×f=73760GHz,τf=-6×10-6/℃.     

Ba(Mg1/3Nb2/3)O3-Mg4Nb2O9复相陶瓷微波介电性能研究

采用传统固相法制备了(1?x)Ba(Mg1/3Nb2/3)O3?xMg4Nb2O9 [(1?x)BMN?xM4N2,x = 0.003 ~ 0.125] 微波介质陶瓷,研究了相结构、烧结性能与介电性能随 x 的变化规律。结果表明： BMN 与 M4N2 可以两相共存,且二者间存在有限固溶,BMN 的烧结温度及高温稳定性有所降 低。随着 x 的增大,介电常数 εr和谐振频率温度系数 τf逐渐减小,Q × f 值的变化易受到 BMN 有序参数 S 的影响,高度 1:2 有序的 x = 0.026 陶瓷获得了最大 Q × f 值 125000 GHz。综合来看, 在 1320°C 下保温 4 h 烧结的 x = 0.125 样品表现出最佳的微波介电性能：εr = 26.6,Q × f = 111000 GHz,τf = 5 ppm/ºC。     

低温烧结微波介质陶瓷（1－x）Ba3（VO4）2-xLi2 MoO4的微波性能研究

采用固相反应制备了（1－x）Ba3（VO4）2-xLi2MoO4微波介质陶瓷,研究了掺入不同质量比的Li2MoO4对Ba3（VO4）2的微观结构和微波介质性能影响,X线衍射（XRD）测试结果表明,Ba3（VO4）2和Li2MoO4二者兼容性良好,无第二相产生。添加具有低熔点及相反（负）频率温度系数的Li2 MoO4能有效降低Ba3（ VO4）2的烧结温度,并随着添加剂Li2 MoO4的增加,此复合陶瓷的相对体密度、介电常数εr 和品质因数Q ×f呈现出先增加随后又降低的趋势,而谐振频率里面温度系数τf逐渐降低。当烧结温度为660℃且添加量30wt％Li2 MoO4的复合微波介质陶瓷获得了最佳的微波介电性能：εr ＝11．99, Q ×f＝39700 GHz,τf ＝－24 ppm／℃。     

CaLa4Ti4O15微波介电陶瓷的制备和性能

采用固相法制备了Cata4Ti4O15系微波介质陶瓷.研究了不同预烧温度对CaLa4Ti4O15陶瓷烧结特性和微波介电性能的影响.在1 200℃预烧caLa4Ti4O15粉末.除CaLa4Ti4O15主相外,还存在部分CaTiO3,La2Ti2O7和La2TiO5混合相.在1 300℃和1 400℃预烧后.获得了六方类钙钛矿CaLa4Ti4O15单相.CaLa4Ti4O15粉末预烧后可饶结成高致密陶瓷(相对密度约97%),同时具有高机械品质因数与谐振频率的乘积(Q×f)值和近零谐振频率温度系数(Tf).1 550℃烧结的CaLa4Ti4O15陶瓷具有优异的微波介电性能:相对介电常数εr=45.1,Q×f=46087GHz,tf=-14.1 × 10-6/℃(预烧温度1 200℃);εr=-45.9,Q×f=48871GHz,tf=-14.4 ×10-6/℃(预烧温度1 300℃).     

Chemical bond and microwave dielectric properties of two novel low-εr AGa4O7 (A = Ca,Sr) ceramics

Two novel low-ε_r microwave dielectric ceramics AGa₄O₇ (A = Ca, Sr; called CGO and SGO, respectively) were analyzed by XRD, SEM, and Raman spectroscopy, showed the monoclinic structure with a C2/c space group. Encouraging microwave dielectric properties (CGO: ε_r = 9.1, Q × f = 40 600 GHz (f = 12.4 GHz), and τ_f = ?86.3 ppm °C^?1; SGO: ε_r = 9.2, Q × f = 62 400 GHz (f = 14.6 GHz), and τ_f = ?63.4 ppm °C^?1) are obtained. The PVL chemical bond theory indicated that GaO bonds play a role in affecting the ε_r and Q × f values. The τ_f of AGa₄O₇ (A = Ca, Sr) had adjusted close to zero (0.93CGO-0.07CaTiO₃:ε_r = 11.3, Q × f = 31,043 GHz, and τ_f = 3.97 ppm °C^?1; 0.82SGO-0.18LiCa₂Mg₂V₃O_12：ε_r = 11.8, Q × f = 55,564 GHz, and τ_f = 5.62 ppm °C^?1).     

Modification of NdNbO4 microwave dielectric ceramic by Bi substitutions

In the present work, Bi³⁺ was used to substitute for Nd³⁺ in the NdNbO₄ ceramic and pure fergusonite solid solution was formed within 20 mol. % substitutions. Microwave dielectric permittivity of the (Nd_1-xBi_x)NbO₄ (x ≤ 0.2) ceramics increased linearly with x value due to the larger ionic polarizability of Bi³⁺ than Nd³⁺. Excellent microwave dielectric properties with a permittivity (ε_r) ~22.5, a Qf (Q = quality factor, f = resonant frequency) ~50 000 GHz, and a TCF ~−9 ppm/°C were obtained in the (Nd_0.9Bi_0.1)NbO₄ ceramic. This method might work in other fergusonite-type rare-earth ortho-niobates.     

Sm掺杂对Ba_4La_(19.33)Ti_(18)O_(54)陶瓷结构和介电性能的影响分析

主要研究了不同Sm掺杂浓度对Ba4La19.33Ti18O54陶瓷的微波介电性能和微观结构的影响。首先利用常规固相反应技术制备了Sm含量y分别为0.0,0.1,0.3,0.5和0.7的五种Ba4(La1-ySmy)9.33Ti18O54陶瓷样品;室温下在0.3～3.0GHz频率范围内,利用网格分析仪测量了这些样品的介电常数和介电损耗因子;结果表明随着Sm掺杂含量的增大,样品介电损耗明显减小,而介电常数只有微小减少。当Sm掺杂含量y=0.5时,样品的介电性能最好。此外,还利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜研究了样品的微观结构及随微波介电性能的变化。     

复合钙钛矿陶瓷的结构与微波介电性能

介绍了复合钙钛矿化合物结构的本质特征，讨论了钙钛矿结构对微波介质陶瓷材料的介电性能（介电常数、介质损耗、频率温度系数）的各种影响因素。     

Structure,microwave dielectric performance,and infrared reflectivity spectrum of olivine-type Mg2Ge0.98O4 ceramic

An ultra-low dielectric loss ceramics Mg₂Ge_0.98O₄ with olivine structure was fabricated by conventional solid-state route. The phase composition, crystal structure, and microwave dielectric properties were investigated. The phase of Mg₂Ge_0.98O₄ is formed to the orthorhombic forsterite structure with a space group Pmnb (62). The dense microstructure and excellent microwave dielectric properties of Mg₂Ge_0.98O₄ ceramic were obtained at 1360°C for 4 hours, with relative density ~96.4%, ε_r ~ 7.3, Q × f = 112 400 GHz, and τ_f ~ −64.6 ppm/°C. The conductive mechanism of Mg₂Ge_0.98O₄ in the low frequency (<1 MHz) was studied by the dielectric spectroscopy and the result with E_dc = 0.93 eV demonstrates that the defect was contributed to the double ionized oxygen vacancies. The intrinsic dielectric properties of Mg₂Ge_0.98O₄ in the microwave region were obtained by infrared reflectivity spectra with ε_r ~ 7.13, Q × f = 120 400 GHz. And, acceptable τ_f (~+2.6 ppm/°C) of 0.92Mg₂Ge_0.98O₄–0.08CaTiO₃ composite ceramic was obtained by adding the CaTiO3.     

微波介质陶瓷的研究现状及展望

微波介质陶瓷是现代通讯技术中的关键基础材料,它的应用日益受到人们的重视。本文综述了四类微波介质陶瓷的研究现状,并对其未来的发展进行了展望。     

(Zr0.8Sn0.2)TiO4(ZST)微波介质陶瓷微波烧成工艺研究

分别采用传统的电热烧结和微波烧结制备了ZST微波介质陶瓷,研究了烧结温度对介质陶瓷烧结性能、微观结构、相组成和微波介电性能的影响。结果表明:与传统电热烧结相比,在所得材料密度近似的情况下,微波烧结能降低烧结温度约70℃、缩短烧结时间2.5h,所获材料密度分布的标准差大大减小;微波烧结后材料由(Zr0.8Sn0.2)TiO4斜方晶单一晶相组成,随温度升高,无新相产生;微波烧结所得材料的晶粒尺寸均匀、结构致密;材料的介电常数和品质因数随着微波烧结温度的提高而增大,对应数值分别比传统烧结方式提高17.5%和14.3%左右。