CaTiO3基微波介质陶瓷的改性研究

来源 :南京工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cqhy2009
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钙钛矿结构的CaTiO3本身具有较高的εr,但较大的温度系数与较低的品质因素限制了其应用。本文以CaTiO3为基体,选取同样具有钙钛矿结构的负温度系数、高品质因数的LaAlO3与CaTiO3复合形成二元体系微波介质陶瓷(1-x)CaTiO3-xLaAlO3(CTLA),进行温度系数补偿,在保证介电常数和品质因数的同时获得近零的谐振频率温度系数。添加Li2CO3、MnCO3、Bi2O3和Na2SiO3作为烧结助剂,系统研究了各种烧结助剂对CTLA陶瓷烧结特性与微波介电特性的影响。  首先采用固相反应法在1150℃、1300℃预先合成CaTiO3和LaAlO3粉体。配料成型后在1500℃~1560℃烧结,研究了不同x值对(1-x)CaTiO3-xLaAlO3(x=0.31,0.33,0.35,0.37)陶瓷的烧结性能,介电性能与结构的影响。研究结果表明,烧结体形成了赝立方钙钛矿结构固溶体。陶瓷体系的体积密度和品质因数Q·f随着LaAlO3含量的增加逐渐增大,而介电常数εr、谐振频率温度系数τf则逐渐减小。当x=0.33时获得最佳基础配方:0.67CaTiO3-0.33LaAlO3(67CT-33LA),在1520℃烧结具有良好的介电性能:εr=45.85,Q·f=72600GHz,τf=3.2 ppm/℃。  研究了单组分烧结助剂Li2CO3、MnCO3、Bi2O3和Na2SiO3对67CT-33LA陶瓷烧结性能,介电性能与结构的影响。XRD分析表明:少量烧结助剂的加入不会改变67CT-33LA陶瓷的主晶相。烧结助剂的加入显著降低了体系的烧结温度,有利于提高致密化程度,改善陶瓷介电性能。添加0.1wt.%的Li2CO3可使67CT-33LA陶瓷的烧结温度从1520℃降至1440℃,介电性能为:εr=49.15,Q·f=59500GHz,τf=8.35 ppm/℃。当MnCO3添加量为0.25wt.%时,67CT-33LA陶瓷在1440℃烧结3h样品达到最佳介电性能:εr=45.43,Q·f=49400GHz,τf=7.8 ppm/℃。添加0.5wt.%的Bi2O3可以使烧结温度降低40℃,相应的介电性能为:εr=45.62,Q·f=95300GHz,τf=4.72 ppm/℃。加入0.01mol的Na2SiO3有利于陶瓷的细晶结构,并降低烧结温度至1440℃,相应的介电性能:εr=45.93,Q·f=77500GHz,τf=1 ppm/℃。  研究了二元组分Bi2O3-Li2CO3和Bi2O3-MnCO3复合添加对67CT-33LA陶瓷烧结性能与介电性能的影响。实验结果表明:复合添加Bi2O3-Li2CO3和Bi2O3-MnCO3比单独添加Bi2O3、Li2CO3和MnCO3的烧结温度低。复合添加0.5 wt.% Bi2O3-0.5 wt.% Li2CO3的CTLA样品,在1420℃烧结3h,介电性能较佳:εr=45.4,Q·f=60500 GHz,τf=-6.8 ppm/℃;复合添加0.5wt.%Bi2O3-0.25 wt.%MnCO3的CTLA样品,在1420℃烧结3h,介电性能较佳,为:εr=47.03,Q·f=111000 GHz,τf=4.1 ppm/℃。
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