【摘 要】
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微波通信行业整机产品朝便携化、小型化的趋势发展,对微波元器件小型化有了更高的需求。器件的小型化需要高介电常数的微波陶瓷。在高介电常数的微波陶瓷中,TiO2由于来源广、价格便宜而得到了广泛研究。TiO2虽然介电常数比较高,但是TiO2在空气中烧结时,会存在Ti还原的问题,使得其微波介电性能急剧恶化。本文选取TiO2微波陶瓷材料作为研究对象,通过单一离子掺杂（MoO3、SnO2）和复合离子掺杂（Cr2
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微波通信行业整机产品朝便携化、小型化的趋势发展,对微波元器件小型化有了更高的需求。器件的小型化需要高介电常数的微波陶瓷。在高介电常数的微波陶瓷中,TiO2由于来源广、价格便宜而得到了广泛研究。TiO2虽然介电常数比较高,但是TiO2在空气中烧结时,会存在Ti还原的问题,使得其微波介电性能急剧恶化。本文选取TiO2微波陶瓷材料作为研究对象,通过单一离子掺杂（MoO3、SnO2）和复合离子掺杂（Cr2O3+Nb2O5、MnO+WO3）来改善其微波介电性能。（1）在单一离子掺杂中,采取MoO3和SnO2掺杂,研究这两种离子掺杂对陶瓷晶体结构、微观形貌和微波介电性能的影响。MoO3由于掺杂量比较少,并没有第二相的产生。但是MoO3的熔点较低,适量的MoO3掺杂可以促进烧结过程,提升陶瓷的品质因数。SnO2跟TiO2完全固溶,且Sn4+可以抑制Ti4+被还原成Ti3+,但是过量的SnO2掺杂会导致陶瓷内部形成大量气孔,反而恶化其性能。εr主要受到离子极化率、密度等因素的影响。MoO3和SnO2掺杂都会使得τf减小。当x=0.005且烧结温度为1425℃时,TiO2-x MoO3取得较好的微波介电性能:εr=107.8,Q×f=19,452 GHz,τf=508.8 ppm/℃。当x=0.16且烧结温度为1375℃时,（1-x）TiO2-x SnO2取得较好的微波介电性能:εr=88.4,Q×f=20,777 GHz,τf=430.2 ppm/℃。（2）在复合离子掺杂中,研究Cr2O3和Nb2O5共掺杂以及MnO和WO3共掺杂对陶瓷微波介电性能的影响。Cr2O3和Nb2O5在烧结过程中会形成Nb CrO4,Nb CrO4为金红石TiO2结构,会与TiO2形成固溶体。同SnO2掺杂类似,Cr2O3和Nb2O5共掺杂会细化陶瓷晶粒。陶瓷的Q×f受到气孔、Ti还原等因素的影响。介电常数与密度、离子极化率等因素有关,τf跟介电常数变化一致。当x=0.06且烧结温度为1300℃时,（1-x）TiO2-0.25x Cr2O3-0.25x Nb2O5取得较好的微波介电性能:εr=103.4,Q×f=19,147 GHz,τf=459.4 ppm/℃。MnO和WO3共掺杂由于掺杂量比较少,在XRD中检测不出第二相的峰,但是在SEM图中发现了第二相。EDS的结果表明WO3在TiO2中只能少部分固溶。第二相的出现会恶化陶瓷性能。最终,当x=0.005且烧结温度在1425℃时,（1-x）TiO2-0.5x MnO-0.5x WO3获得较好的微波介电性能:εr=104.0,Q×f=39,000 GHz,τf=464.4 ppm/℃。
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