【摘 要】
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随着5G商业化时代的到来,高频率的微波通信要求微波元器件必须具有更低的延迟和更高的可靠性,相应的也要求原材料微波介质陶瓷具备更加良好的性能,同时为了更好的工业化生产,陶瓷的工艺制备和生产成本也需考虑更加简化和节省。钼酸盐体系因较低的烧结温度和优异的微波介电性能成为研究热点,本文针对Nd2Zr3（MoO4）9陶瓷,从简化工艺和改善性能两方面分别进行研究,期望其更适合工业化和实际应用。具体研究内容如下
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随着5G商业化时代的到来,高频率的微波通信要求微波元器件必须具有更低的延迟和更高的可靠性,相应的也要求原材料微波介质陶瓷具备更加良好的性能,同时为了更好的工业化生产,陶瓷的工艺制备和生产成本也需考虑更加简化和节省。钼酸盐体系因较低的烧结温度和优异的微波介电性能成为研究热点,本文针对Nd2Zr3（MoO4）9陶瓷,从简化工艺和改善性能两方面分别进行研究,期望其更适合工业化和实际应用。具体研究内容如下:采用反应烧结法在750-850°C成功制备了Nd2Zr3（MoO4）9微波介质陶瓷,X射线衍射分析和Rietveld精修结果表明陶瓷在烧结范围内均合成三方单一物相,空间群为R3c（167）;密度测试和扫描电镜结果表明陶瓷在800°C温度烧结时最为致密,样品内部晶粒生长良好紧凑,形状大小均匀,晶界清晰,并无明显气孔存在;在800°C烧结温度下可以得到最佳性能,此时εr=10.01,Q×f=55,923 GHz,τf=-13.81 ppm/°C;通过复杂晶体化学键的分解、计算和分析,晶体内离子性最大的Nd-O键对Nd2Zr3（MoO4）9陶瓷的介电常数贡献最大,晶格能最大的Mo-O键对陶瓷的品质因数起主要影响,Mo-O键显示为更接近于零的热膨胀系数和最大键能,因此陶瓷的热稳定性主要与Mo-O键有关;利用远红外光谱计算了Nd2Zr3（MoO4）9陶瓷的复介电常数,推出本征介电响应主要是由靠近微波区域的红外声子振荡决定的。采用传统固相法在650-850°C烧结范围下成功制备了Nd2(Zr1-xSnx)3（MoO4）9（x=0.02,0.04,0.06,0.08,0.1）系列微波介质陶瓷,XRD和Rietveld精修结果表明在实验掺量范围内Sn4+能成功进入晶体形成固溶体合成三方单一物相,晶胞参数和晶胞体积随Sn4+的增加而下降;根据性能和化学键结果分析,介电常数受密度、极化率、Zr2-O5键离子性的影响随掺量增加呈现下降趋势,品质因数随掺量增加呈现下降趋势,与Nd-O2键的晶格能有主要关系,谐振频率温度系数随掺量增加逐渐趋于0,受八面体畸变以及Zr2-O5键键能的积极影响;当x=0.02,烧结温度为750°C时陶瓷取得最佳性能（εr=10.34,Q×f=74,795 GHz,τf=-13.55 ppm/°C）,品质因数相较基体有了明显改善;远红外光谱结果表明Nd2(Zr0.98Sn0.02)3（MoO4）9陶瓷在微波频段下的介电常数主要是由离子位移极化和电子位移极化造成。
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