综观微波介质陶瓷材料的发展历史和应用前景,结合当前微波介质陶瓷的研究现状,确定ZnAl₂O₄基陶瓷为本文的研究对象。利用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、X射线能谱（EDS）、X射线光电子能谱（XPS）、电子探针（EPMA）和网络分析仪等仪器系统地研究了制备方法（常规固相法和熔盐法）、烧结工艺、相成分、微观组织结构和微波介电性能之间的关系。首先研究了（1-x）ZnAl₂O_4-xTiO₂材料的烧结特性、相成分和微波介电性能。结果表明,TiO₂能有效地改善材料的烧结性能和调节材料的谐振频率温度系数,当x=0.21时,（1-x）ZnAl₂O_4-xTiO₂陶瓷具有近零的谐振频率温度系数,体系中包括细小的ZnAl₂O₄尖晶石晶粒和粗大的金红石相晶粒。在此基础上,系统地研究了（1-x）ZnAl₂O_4-xTiO₂ （x=0.21）材料的预烧温度、烧结温度和升温速率,并确定了最佳工艺参数,它们分别为1150℃、1500℃和5℃/min,此时的微波介电性能为:εr=11.6、Q·f=74000GHz、τf=-0.4ppm/℃。利用熔盐法制备了（1-x）ZnAl₂O_4-xTiO₂陶瓷,并探索了材料的烧结性能、微观组织和微波介电性能特点。与常规固相法相比,利用LiCl和ZnCl₂熔盐均能制备出颗粒细小均匀、活性高的（1-x）ZnAl₂O_4-xTiO₂粉末,并能有效降低材料的烧结温度,但同时也降低了材料的密度和微波介电性能。当熔盐为LiCl、预烧温度为900℃时,（1-x）ZnAl₂O_4-xTiO₂（x=0.21）陶瓷的致密化温度为1425℃,微波介电性能分别降到:εr=10.0、Q·f=39970GHz、τf=-21.2ppm/℃。当x=0.25时,（1-x）ZnAl₂O_4-xTiO₂陶瓷的致密化温度降低到1300℃,τf值被调节到-7.1ppm/℃,同时,Q·f值降低到27000GHz,而εr值变化很小。当熔盐为ZnCl2、预烧温度为900℃时,（1-x）ZnAl₂O_4-xTiO₂（x=0.25）陶瓷的致密化温度为1350℃,此时材料的微波介电性能为:εr=10.0、Q·f=56440GHz、τf=-25.4ppm/℃。利用MO（M=Co, Mg, Mn）和TiO₂共同改性ZnAl₂O₄时,比较了（1-x）ZnAl₂O₄- xM2TiO₄（x=0.21）与（1-x）ZnAl₂O_4-xTiO₂（x=0.21）陶瓷的相成分、微观结构和微波介电性能之间的差异。研究表明,Co²⁺离子能促使Ti⁴⁺离子固溶入ZnAl₂O₄尖晶石晶格中形成单一的固溶体相,能将Q·f值从74000GHz提高到94000GHz。Mg²⁺和Mn²⁺离子均不能使Ti⁴⁺离子完全固溶入ZnAl₂O₄晶格中,而在体系中分别出现了MgTi₂O₅和ZnMn3O7相,两者的Q·f值分别为188540GHz和23530GHz。与（1-x）ZnAl₂O₄-xTiO₄ （x=0.21）陶瓷相比,（1-x）ZnAl₂O_4-xM₂TiO₄（x=0.21）陶瓷的εr和τf值均有所降低,但相互之间的差别很小。进一步研究了（1-x）ZnAl₂O_4-xM₂TiO₄（M=Co, Mg）陶瓷的相变过程和微波介电性能特点。结果表明,对于（1-x）ZnAl₂O_4-xMg₂TiO₄体系,当x=0.1时,ZnAl₂O₄能与Mg2TiO₄形成尖晶石固溶体,当x=0.21～0.8时,体系中包括尖晶石相和MgTi2O5相,当x=0.9和1.0时,体系中存在尖晶石相和MgTiO₃相。对于（1-x）ZnAl₂O_4-xCo₂TiO₄体系,当x=0.1～0.3时,ZnAl₂O₄能与Co2TiO₄形成尖晶石固溶体,当x=0.4时,体系中析出少量Co₂TiO₄相,当x=0.5时,体系中同时析出Co₂TiO₄和（Zn, Co）Al₂O₄相,两者相互交替生长在（1-x）ZnAl₂O_4-xCo₂TiO₄基体上。随着M₂TiO₄含量的增加,（1-x）ZnAl₂O_{4- x}M₂TiO₄陶瓷的εr值几乎线性增大,Q·f值先减小然后增大,τf值变化很小。研究了TiO₂、CaTiO₃和SrTiO₃对0.79ZnAl₂O₄-0.21M₂TiO₄（M=Co, Mg）陶瓷谐振频率温度系数的影响。研究发现,TiO₂不能调节0.79ZnAl₂O₄-0.21M₂TiO₄（M=Mg, Co）材料的τf值,因为TiO₂与基体反应生成了具有负温度系数的MTi2O5相。CaTiO₃和SrTiO₃均能有效地调节0.79ZnAl₂O₄-0.21M2TiO₄（M=Co, Mg）材料的τf值。总的来说,随着CaTiO₃（或SrTiO₃）添加量的增多,材料的εr和τf值逐渐增大,而Q?f值具有减小的趋势。研究了ZnB₂O₄和B₂O₃助烧剂对（1-x）（0.79ZnAl₂O₄-0.21Co2TiO₄）-xCaTiO₃（x=0.08） （ZCC）和（1-x）（0.79ZnAl₂O₄-0.21Mg2TiO₄）-xCaTiO₃（x=0.06）（ZMC）材料的烧结特性、相成分和微波介电性能的影响。ZnB₂O₄助烧剂能将ZCC材料的烧结温度降低到1100℃,降幅为300℃,但ZnB₂O₄助烧剂对ZMC材料以及B₂O₃助烧剂对ZCC和ZMC材料的助烧作用均不显著,仅能降低50～100℃。当掺入助烧剂后,材料的εr值均有所降低,但材料的Q?f和τf值的变化趋势与助烧剂的种类和数量有关。一般而言,ZnB₂O₄助烧剂使ZCC和ZMC材料的Q?f值降低幅度较大,而B₂O₃助烧剂对Q?f值的影响相对较小。