【摘 要】
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近年来,一些Ga基微波介质陶瓷因具有低的介电常数εr和高的品质因数（Q×f）而受到研究者们的广泛关注。本文对系列新型Mg3Ga2GeO8、Mg7Ga2Ge O12和Mg4Ga4Ge3O16陶瓷的烧结特性、晶体结构、本征损耗和微波介电性能等进行了研究。同时通过Li、Ga复合取代对Mg2-2x（Li Ga）xGa4O8（x=0、0.25、0.50、0.6、0.65、0.75、0.85、1）尖晶石结构固
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近年来,一些Ga基微波介质陶瓷因具有低的介电常数εr和高的品质因数（Q×f）而受到研究者们的广泛关注。本文对系列新型Mg3Ga2GeO8、Mg7Ga2Ge O12和Mg4Ga4Ge3O16陶瓷的烧结特性、晶体结构、本征损耗和微波介电性能等进行了研究。同时通过Li、Ga复合取代对Mg2-2x（Li Ga）xGa4O8（x=0、0.25、0.50、0.6、0.65、0.75、0.85、1）尖晶石结构固溶体陶瓷的无序-有序结构变化和微波介电性能进行了系统研究。主要取得了以下结果:（1）采用固相反应法在1280℃-1360℃制备了Mg3Ga2GeO8陶瓷。通过对XRD衍射数据以及Revielt精修数据分析表明Mg3Ga2GeO8陶瓷属于正交尖晶石结构,空间群为Imma（74）。在1340℃下Mg3Ga2GeO8陶瓷样品获得最优异的微波介电性能（εr=9.41,Q×f=133,113 GHz,τf=-63.54 ppm/℃）;此时,陶瓷样品的相对密度最大为98.94%。其次通过精修数据对八面体的扭曲度和堆积密度进行计算,发现八面体的扭曲度是影响谐振频率温度系数（τf）的主要因素;堆积密度是影响Q×f值的主要因素。借助远红外反射光谱获得Mg3Ga2GeO8的本征损耗为tanδcal=9.934×10-5,本征的Q×f为146,325 GHz（f=14.536 GHz）。（2）采用固相反应法在1300℃-1380℃制备了Mg7Ga2Ge O12陶瓷。通过XRD衍射数据以及Revielt精修数据表明Mg7Ga2Ge O12属于正交结构,空间群为Cmmm（65）。同时Mg7Ga2Ge O12的结构也属于是岩盐类和β-Ga2O3类的共生结构。Mg7Ga2Ge O12陶瓷样品在1360℃烧结温度下获得最优异的微波介电性能（εr=9.95,Q×f=128,371 GHz,τf=-53.30 ppm/℃）;此时,陶瓷样品的相对密度最大为98.44%。根据Revielt精修数据对堆积密度进行了计算,堆积密度是影响品质因数的主要因素。借助远红外反射光谱获得Mg7Ga2Ge O12的本征损耗为tanδcal=9.491×10-5,本征的Q×f为141,207 GHz（f=13.402 GHz）。（3）采用固相反应法在1200℃-1280℃制备了Mg4Ga4Ge3O16陶瓷。通过XRD衍射数据以及Revielt精修数据表明Mg4Ga4Ge3O16属于单斜结构,空间群为C2/c（15）。同时Mg4Ga4Ge3O16的结构也属于是尖晶石类和辉石类的共生结构。Mg4Ga4Ge3O16陶瓷样品在1260℃烧结温度下获得最优异的微波介电性能（εr=9.239,Q×f=87,882.94 GHz,τf=-58.16 ppm/℃）。此时,陶瓷样品的相对密度最大为98.59%。根据精修数据对堆积密度进行了计算,堆积密度是影响品质因数的主要因素。借助远红外反射光谱获得Mg4Ga4Ge3O16的本征损耗为tanδcal=1.34×10-4,本征的Q×f为105,447 GHz（f=14.130GHz）。（4）采用固相反应法制备合成Mg2-2x（Li Ga）xGa4O8（x=0、0.25、0.50、0.6、0.65、0.75、0.85、1）陶瓷。XRD衍射数据以及Revielt精修数据表明Ga3+、Li1+取代量x增加到0.65时,出现了超晶格衍射峰（110）、（210）和（211）,表明结构从无序的立方尖晶石Mg Ga2O4(Fd 3 m（No.227）转变为具有B位1:3有序的立方反尖晶石Li Ga5O8（P4332（No.212））,此时获得了最优异的微波介电性能:εr=9.39,Q×f=132,785 GHz,τf=-51.41 ppm/℃。利用拉曼光谱进一步证实了无序向有序的转变过程。随着取代量的增加,晶胞体积在减小,单位体积的离子极化率增加,导致εr不断上升。
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