SrTiO3基微波介质陶瓷的制备与改性研究

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微波介质陶瓷(MWDC)作为一种新型功能陶瓷材料,在微波通信领域有着广泛的应用。在新型功能陶瓷领域,微波介质陶瓷早已成为新材料研究的热点之一。因钙钛矿型材料具有高介电常数和高的结构调节性,所以本文以SrTiO3作为基体材料,以CeO2、MgO、Bi2O3作为改性氧化物,利用固相法制备实验所需的陶瓷样品,分析材料的晶体结构和微观结构的变化,研究了氧化物对SrTiO3材料微波介电性能和烧结特性的影响规律。主要研究内容如下:为了研究晶体结构变化对微波介电性能的影响,以SrTiO3作为研究对象,Ce、Mg作为改性元素,分析了容差因子与温度系数之间的变化关系,实验设计的材料的化学式为:(1-x)SrTiO3-xCe(Mg1/2Ti1/2)O3。结果发现,少量的Ce、Mg共掺SrTiO3,晶体结构发生改变:立方相转变为四方相,并且随Ce、Mg含量的增加,晶胞体积逐渐减小,当达到固溶极限(约20mo1%)时,晶胞体积不再变化。通过计算材料的容差因子发现,随添加量的增加,容差因子逐渐减小,陶瓷的温度系数减小明显,介电常数随掺量的增加而降低,但Q×f逐渐增加。固溶极限时,温度系数为270ppm/℃,介电常数约为108,Qxf约为1846GHz。为了改善Sr0.4Ce04TiO3(SCT)陶瓷的微波介电性能,使温度系数尽可能小,以Ce02作为改性氧化物,制备了SCT-Ce系陶瓷材料,结果发现陶瓷的介电常数εr随Ce02的含量增加逐渐减小,Qxf逐渐增大,温度系数τf线性减小,保持介电常数较高时的温度系数最小值为211ppm/℃,此时εr-86,Q×f-12493GHz。当Ce02含量为90m01%时,获得接近于零的温度系数(τ,-1.7ppm/℃)的材料,此时介电常数εr-32,Qxf-20750GHz,已属中介微波介质陶瓷。为了降低SCT-Ce系陶瓷的烧结温度,以0.1SCT-0.9Ce陶瓷作为研究对象,添加Bi203作为烧结助剂,发现少量的Bi2O3的添加使0.1SCT-0.9Ce陶瓷的烧结温度降低了120℃,当Bi203的添加量为0.5wt%时,致密度最高(约为98%)。但陶瓷的微波介电性能变化明显:介电常随Bi2O3含量的增大有所增加,温度系数变化不明显,但数值比添加Bi2O3之前要大,Qxf值减小显著。
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