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随着无线通信技术的发展,微波介质陶瓷作为制作微波元器件的基础材料备受关注,研究和开发面向第五代(5G)无线移动通信技术应用的具有低烧结温度高性能的微波介质陶瓷材料已成为当前的研究热点。为了满足微波器件小型化、集成化、高可靠性以及低成本的要求,微波介质陶瓷材料应当具有合适的介电常数、高品质因数(Q×f>10,000 GHz)、近零的谐振频率温度系数以及较低的烧结温度(T<960℃)。本文以 Li2Mg3Zr06、A0.5Ti0.5BO4(A = Zn,Mg;B=Nb,Ta)为研究对象,首先采用高能球磨法制备了 Li2Mg3Zr06陶瓷,确定了该相合成最佳的工艺参数,并讨论了 Li2Mg3Zr06陶瓷的烧结特性和微波介电性能;接着在此基础上,通过添加不同组分的LiF进一步调节该陶瓷的烧结温度,系统研究了 LiF含量的变化对陶瓷烧结特性、相组成、微观结构以及微波介电性能的影响;采用高能球磨法和普通球磨法分别制备了新型的A0.5Ti0.5NbO4以及A0.5Ti0.5Ta04(A= Zn,Mg)陶瓷材料,并讨论了陶瓷的烧结特性以及微波介电性能。具体的研究结果如下:(1)采用高能球磨法,通过研究球磨时间、保温时间以及预烧温度对Li2Mg3ZrO6化合物成相的影响,成功地在900℃的低温下合成了 Li2Mg3Zr06相,并有效地将Li2Mg3Zr06陶瓷的致密化烧结温度从1380℃降低到1150℃;XRD分析结果表明,样品都是立方岩盐结构Li2Mg3Zr06相,并伴随着少量的杂相Zr02相相相;SEM及粒度分析结果表明,Li2Mg3Zr06陶瓷的微观形貌表现出Li基材料典型的孔状结构,随着温度的升高,陶瓷的气孔逐渐减少且在1150℃达到了致密化烧结,平均晶粒尺寸是1.39μm;烧结特性及微波介电性能分析结果表明,采用高能球磨法制备的Li2Mg3Zr06陶瓷,在1150℃烧结获得了最高的相对密度95.3%,并取得了良好的微波介电性能:εr=10.1,Q×f= 71870GHz,τf=-29.32ppm/℃。(2)采用高能球磨法,通过添加烧结助剂LiF制备了 Li2Mg3Zr06-xwt%LiF(x =1.0、2.0、4.0、6.0、8.0)陶瓷,并有效地将Li2Mg3Zr06陶瓷的烧结温度降低到800～950℃之间,在850℃低温下实现了陶瓷的致密化烧结;XRD物相分析表明,陶瓷样品在850℃烧结后均表现出立方岩盐结构Li2Mg3ZrO6相以及微量的ZrO2相,随着组分x的变化,衍射峰(200)向高角度偏移,这是由于在烧结过程中半径较小的F-离子进入晶格取代半径较大的O2-离子,从而导致Li2Mg3ZrO6陶瓷晶胞体积减小;SEM微观结构分析表明,陶瓷表面明显包裹着液相,形成液相烧结。烧结助剂LiF降低陶瓷烧结温度的原因有:离子取代降低了陶瓷本身的烧结温度、LiF形成液相烧结降低了烧结温度、低温烧结抑制了陶瓷中Li元素的挥发以至于提高了陶瓷的密度;微波介电性能分析结果表明,体密度、介电常数以及品质因数均随着烧结温度的升高呈现出先增大后减小的大体趋势。当x=6.0 wt%、烧结温度为850℃时,陶瓷样品达到最佳的致密化烧结(3.50 g/cm3),高于纯相Li2Mg3Zr06陶瓷(3.45g/cm3),这说明LiF降低了陶瓷的烧结温度,提高了材料的致密度,并获得了优异的微波介电性能:εr=12.94,Q×f= 131420GHz,τf=-35.84 ppm/℃。(3)采用固相反应法合成了 A0.5Ti0.5BO4(A=Zn,Mg;B=Nb,Ta)系材料,其中运用高能球磨法合成了正交锰钽矿结构化合物A0.5Ti0.5NbO4(A=Zn,Mg),运用普通球磨法合成了新型的四方金红石结构化合物A0.5Ti0.5TaO4(A=Zn,Mg)。采用高能球磨后在800℃的预烧温度下合成Zn0.5Ti0.5Nb04化合物,在1020℃烧结后得到致密的颗粒均匀的Zn0.5Ti0.5Nb04陶瓷,并获得良好的微波介电性能:εr = 37.7,Q×f=55350 GHz,τf=-78.48 ppm/℃;采用高能球磨法在900℃预烧之后合成新型的Mg0.5Ti0.5NbO4基化合物,在1140℃的烧结温度下得到较致密的Mg0.5Ti0.5Nb04基陶瓷,并伴随着第二相Mg0.167Nb0.33Ti0.5O2。在1140℃烧结温度下,获得相对较好的微波介电性能:εr = 38.8,Q×f=19710 GHz,τf=+1.28 ppm/℃,得到具有中介电常数(-40)以及近零的谐振频率温度系数的陶瓷材料;采用普通球磨法在950℃的预烧温度下获得新型的Zn0.5Ti0.5TaO4相,当烧结温度为1200℃时,得到纯相Zn0.5Ti0.5Ta04陶瓷材料的微波介电性能:εr=44.6,Q×f=20330 GHz,τf =+103.01 ppm/℃;采用普通球磨法在950℃预烧之后获得新型的Mg0.5Ti0.5TaO4化合物,在烧结温度为1225℃时得到致密的纯相Mg0.5Ti0.5TaO4陶瓷材料,并且获得良好的微波介电性能:εr = 41.6,Q×f= 30000 GHz,τf=+103.91ppm/℃。