【摘 要】
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随着微波通信技术的不断发展,人们对微波元器件的市场需求越来越大,为了进一步研发器型小、质量高、制造成本低的微波元器件,研究低介电常数、高品质因素的微波介质陶瓷具有重要意义。Mg2TiO4微波介质陶瓷具有较低的介电常数和较高的品质因数（er=14,Q×f=150000 GHz）,原料来源丰富且生产成本较低,属于典型的高品质因素微波介质陶瓷,逐渐引起了研究学者的广泛关注。但是由于Mg2TiO4陶瓷介电
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随着微波通信技术的不断发展,人们对微波元器件的市场需求越来越大,为了进一步研发器型小、质量高、制造成本低的微波元器件,研究低介电常数、高品质因素的微波介质陶瓷具有重要意义。Mg2TiO4微波介质陶瓷具有较低的介电常数和较高的品质因数（er=14,Q×f=150000 GHz）,原料来源丰富且生产成本较低,属于典型的高品质因素微波介质陶瓷,逐渐引起了研究学者的广泛关注。但是由于Mg2TiO4陶瓷介电常数偏低,所需烧结温度非常高(Tsint=1450℃),且其具有较大的负温度频率系数(τf=-50×10-6/℃),影响了陶瓷的实际应用。虽然Mg2TiO4陶瓷具有较好的介电性能,但是其综合微波介电性能还需进一步提高。本论文通过对(Mg0.95Mn0.05)2TiO4陶瓷进行两相复合、A/B位离子掺杂取代,系统地研究添加第二相、离子掺杂等对(Mg0.95Mn0.05)2TiO4基微波介质陶瓷的烧结性能、物相组成、微观结构及微波介电性能的影响。首先,为调节(Mg0.95Mn0.05)2TiO4陶瓷的谐振频率温度系数,采用具有正谐振频率温度系数的CaTiO3(τf=+768×10-6/℃)作为添加物与(Mg0.95Mn0.05)2TiO4进行复合。采用传统固相法烧结制备（1-x）(Mg0.95Mn0.05)2TiO4-x CaTiO3（MMTCT,x=0.00～0.14）基微波介质陶瓷,系统研究复合后陶瓷的体积密度、物相组成、晶体结构、显微结构及其微波介电性能的影响。研究结果显示:（1-x）(Mg0.95Mn0.05)2TiO4-x CaTiO3（x=0.08,0.10,0.12,0.14）陶瓷为三相共存结构,主晶相为(Mg0.95Mn0.05)2TiO4相,次晶相为CaTiO3相和MgTiO3相。随着CaTiO3的掺入量逐渐增多,陶瓷的体积密度、介电常数εr、谐振频率温度系数τf都呈现增大趋势,但是陶瓷的品质因数值随掺入量的增加而呈现下降趋势。当掺入量x=0.12时,MMTCT陶瓷在最佳烧结温度1375℃条件下保温4 h,得到优良的微波介电性能:εr=20.26,Q×f=35125.9 GHz,τf=+2.7×10-6/℃。其次,为了使陶瓷在保持较好的谐振频率温度系数的基础上,进一步提高陶瓷的介电性能,采用稀土La3+掺杂取代A位的离子,调节MMTCT陶瓷的介电性能,制备出具有尖晶石结构的0.88((Mg0.95Mn0.05)（1-3x/2）Lax)2TiO4-0.12CaTiO3陶瓷材料。采用传统固相法制备0.88((Mg0.95Mn0.05)（1-3x/2）Lax)2TiO4-0.12CaTiO3（MMTCT-x,x=0.00～0.08）微波介质陶瓷,系统研究La3+掺杂取代对MMTCT陶瓷的体积密度、物相组成、晶体结构、显微结构及其微波介电性能的影响。研究结果表明:La3+掺杂取代能促进陶瓷的烧结,陶瓷的体积密度和品质因数值随La3+的掺杂量的增多呈现增大的趋势,介电常数与谐振频率温度系数呈现减小趋势。当掺杂量x=0.05,MMTCT-x陶瓷在1375℃条件下保温4h可以得到最佳的微波介电性能:εr=19.88,Q×f=43500 GHz,τf=-6.2×10-6/℃。最后,为了降低陶瓷的烧结温度,同时使陶瓷保持较好的介电性能,采用传统固相法制备0.88(Mg0.95Mn0.05)2(Ti1-xCex)O4-0.12CaTiO3（0.88MMTCex-0.12CT,x=0.00～0.08）微波介质陶瓷,同时选用稀土Ce4+对MMTCT陶瓷进行B位的离子掺杂取代,系统研究不同Ce4+掺杂量对陶瓷的烧结性能、物相组成、微观结构及其微波介电性能的影响。研究结果显示:掺杂适量的Ce4+对陶瓷样品进行掺杂取代,能大幅度的降低陶瓷的烧结温度,同时陶瓷的体积密度和介电常数随Ce4+掺杂量的增多呈现增大趋势,但是陶瓷品质因数增大不明显,陶瓷的谐振频率温度系数先减小后增大。当掺杂量x=0.02时,0.88MMTCex-0.12CT陶瓷在1275℃烧结保温4 h,可以得到最佳的微波介电性能:εr=20.86,Q×f=37146.68 GHz,τf=+2.4×10-6/℃。
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