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随着近几十年来的发展微波介质陶瓷已成为一种新型的功能陶瓷材料,在微波频段电路中作为介质材料完成一种或多种功能。微波介电性能是微波介质陶瓷应用的决定因素,而相对介电常数εr、品质因数Q×f和谐振频率温度系数τf是微波介电性能的三个主要参数。类钨青铜结构的A3B8CO21型陶瓷化合物被报道出具有良好的微波介电性能,本实验拟根据A3B8CO21型化合物的晶体结构特征,进行B位、C位阳离子组成、占位设计,合成与制备不同系列的A3B8CO21型材料,系统的研究其晶体结构、谱学特性与介电性能之间的关系。1.通过固相烧结法制备了一系列具有六方类钨青铜结构的Ba3Nb4-4xTi4+5xO21（x=0.1,0.2,0.3）陶瓷样品。结果表明,当x值为0.1、0.2时可以得到单一的Ba3Nb3.6Ti4.5O21相,x=0.3时有第二相Ba6Nb2Ti14O39出现,说明在该陶瓷体系中x≤0.2时可以完全固溶。Ti元素相比Nb元素反应活性好,从而Ti含量的增加可以降低烧结温度,随着x值从0.1增大到0.3,陶瓷样品的最佳烧结温度从1230°C降低到1170°C。固溶后的晶格结构更加稳固,降低了介电损耗和离子极化率,所以x值从0.1增大到0.3时,相对介电常数?r由63.2降到54.4,谐振频率温度系数τf从123 ppm/°C减小至96.3 ppm/°C,品质因数从8,100 GHz增大到9,400 GHz后减小至7,300 GHz。Ba3Nb3.2Ti5O21陶瓷样品在最佳烧结温度1210°C保温6小时条件下得到了良好的微波介电性能?r</sub>54.9,Q×f=9,400 GH,τf109.7 ppm/°C。通过远红外反射谱数据拟合处理,得到了Ba3Nb3.2Ti5O21陶瓷样品的本征介电常数?r55和本征品质因数Q×f19,480GHz。2.考虑到Ta和Nb具有相同的离子半径和不同的核外电子排布,可能会导致晶体结构发生变化从而影响其微波介电性能。在Ba3Nb4-4xTi4+5xO21陶瓷体系中通过Ta与Nb的等价取代成功的合成了系列Ba3Ta4-4xTi4+5xO21（x=0.1,0.2,0.3）陶瓷样品。在本实验中,x=0.2时所有烧结后的陶瓷样品呈浅绿色,通过XPS数据分析,该组分陶瓷样品中的部分Ti4+转变为Ti3+价态,导致Ba3Ta4-4xTi4+5xO21和Ba3Nb4-4xTi4+5xO21体系中微波介电性能的变化规律不同。从而x=0.2时的陶瓷样品具有较低的Q×f和τf值。另外,实验结果表明Ta元素的引入可以使陶瓷样品的微波介电性能得到改善,Ba3Ta3.6Ti4.5O21陶瓷样品在最佳烧结温度1240°C保温6小时条件下得到了良好的微波介电性能?r</sub>46.2,Q×f12,400 GHz,τf+50 ppm/°C。通过远红外反射谱拟合得到了Ba3Nb3.6Ti4.5O21陶瓷样品的本征介电常数?r44和本征品质因数Q×f34,850 GHz。3.在Ba3Nb4-4xTi4+5xO21陶瓷体系中x≤0.2时可以完全固溶,且随着固溶度的增加烧结温度有所降低,但其烧结温度仍然较高,因此把具有更低熔点的Li元素引入该陶瓷体系中,制备了一系列不同固溶度的LixBa3Nb4-xTi4+xO21（x=0.2,0.4,0.6,0.8和1.0）陶瓷样品。实验结果表明所有组分的陶瓷样品都为单一相,x值从0.2变化到1.0陶瓷的最佳烧结温度从1100°C降到1020°C。Li的引入使晶体生长所需的驱动力降低,从而烧结温度降低,使晶粒的生长得到抑制,晶粒尺寸从5-6μm逐渐减小到2-3μm。Li离子固溶后导致氧多面体发生改变,从而离子极化率得到提高,相对介电常数从67.8增大到74.8。Li的引入使晶体结构得到加固降低损耗的同时也产生一定的非本征缺陷使损耗增大,不同条件下只有一种因素对陶瓷样品的品质因数有着绝对性的影响,所以Q×f值在x=0.4时具有最大值14,600 GHz。通过远红外反射谱数据处理,得到了Li0.4Ba3Nb3.6Ti4.4O21陶瓷样品的本征介电常数?r</sub>49和本征品质因数Q×f16,470 GHz。4.同样,把Li元素引入Ba3Ta4-4xTi4+5xO21陶瓷体系中,制备了一系列C位不同填充度的LixBa3Ta4-xTi4+xO21（x=0.2,0.4,0.6,0.8和1.0）陶瓷样品。当x值为1.0时有少量第二相Ba6Ti2Ta8O30生成,随着x值从0.2变化到1.0陶瓷的最佳烧结温度从1140°C降到1060°C,相对介电常数由45.8增加到56.8、品质因数从23,400 GHz降到2,320GHz、谐振频率温度系数从+58 ppm/°C逐渐增大到+142 ppm/°C。Li0.2Ba3Ta3.8Ti4.2O21陶瓷样品在最佳烧结温度1140°C保温6小时条件下得到了良好的微波介电性能?r</sub>45.8,Q×f=23,400 GHz,τf+58 ppm/°C。通过远红外反射谱数据拟合得到了Li0.2Ba3Ta3.8Ti4.2O21陶瓷样品的本征介电性能?r</sub>42.2和本征品质因数Q×f26,470 GHz。