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近年来,具有K2NiF4型结构的微波介质陶瓷因具有超低的介电损耗而受到越来越多的关注。K2NiF4型结构为n=1时的Ruddlesden-Popper型层状钙钛矿结构,通式为AABO4,可看作由一层钙钛矿层(A,A)BO3和一层岩盐层(A,A)O沿c方向交替堆垛而成。而对于简单钙钛矿ABO3,若氧八面体中心位置B由一定比例的异价阳离子共同占据,则形成复合钙钛矿结构。本文使用M2+(M=Mg,Zn)和Ti4+以1:1的比例共同占据具有K2NiF4型结构的SrLaBO4的B位,提出复合层状钙钛矿的概念,系统地研究了SrLaBO4(B=Al, Ga,(Mg0.5Ti0.5),(Zn0.5Ti0.5))陶瓷的结构和微波介电性能的变化规律及其结构稳定性;并在SrLa(Mg0.5Ti0.5)O4-SrLaAlO4及 SrLa(Mg0.5Ti0.5)O4-SrLaGaO4无限式固溶体陶瓷中探索具有优良综合性能的新型微波介质材料。 本研究通过Rietveld精修,分析了SrLaBO4(B=Al, Ga,(Mg0.5Ti0.5),(Zn0.5Ti0.5))微波介质陶瓷的精细结构,并系统研究了其与介电性能之间的关系。SrLa(R0.5Ti0.5)O4(R= Mg, Zn)复合层状钙钛矿的介电常数(εr)比SrLaAlO4、SrLaGaO4高,最主要的原因是(Sr/La)O9十二面体中Sr/La-O(2a)和Sr/La-O(1)键的拉伸和压缩变形;随着介电常数的增加,SrLaBO4的谐振频率温度系数(ιf)从负值变化到正值。结合许容因子t和r(M2+)/r(Ln3+),发现K2NiF4结构可以稳定存在于以r(M2+)/r(Ln3+)=1.07,t=0.94为中心的一定区域内。SrLa(Mg0.5Ti0.5)O4的ιf为正值,而SrLaAlO4和 SrLaGaO4的ιf为负值,且 SrLa(Mg0.5Ti0.5)O4-SrLaAlO4和SrLa(Mg0.5Ti0.5)O4-SrLaGaO4固溶体位于结构稳定区域内,因此有望在无限式固溶体中得到近零的ιf。采用标准固相反应法制备了具有K2NiF4结构的致密(1-x)SrLaAlO4-xSrLa(Mg0.5Ti0.5)O4(x=0.2,0.4,0.6,0.65,0.8)无限固溶体陶瓷。随着x的增加,晶格常数a和晶胞体积V线性增加;而晶格常数c先增加再减小。同时,材料的介电常数εr从18.0增加到25.5,主要归因于(Sr/La)O9氧十二面体中Sr/La-O(2a)和Sr/La-O(1)键的拉伸和压缩变形;ιf从-24.7增加到+29.5 ppm/℃,与εr具有相同的变化趋势;而 Qf值整体呈下降趋势,这与钙钛矿层与盐岩层的层间失配及Al/(Mg0.5Ti0.5)O6氧八面体的局部畸变有关,拉曼光谱证实了这一点。当x=0.65时,在1550℃下烧结3 h,得到如下最佳微波介电性能:εr=22.2, Qf=89,100 GHz,ιf=-0.1 ppm/℃。采用标准固相反应法制备了具有K2NiF4结构的致密(1-x)SrLaGaO4-xSrLa(Mg0.5Ti0.5)O4(x=0,0.2,0.4,0.6,0.65,0.8,1.0)无限固溶体陶瓷。较本课题组以前的实验结果,制备的SrLaGaO4陶瓷综合微波介电性能有显著的提高。由于(Mg0.5Ti0.5)3+离子极化率明显高于Ga3+,因此随着x的增加,固溶体的相对介电常数εr逐渐增大;ιf与εr的变化相似,从负值单调增加到正值;固溶体两端成分Qf值维持在较高的水平,中间成分点的Qf值较低,原因尚不清楚。当x=0.4时,在1550 oC下烧结3 h,得到如下最佳微波介电性能:,εr=23.3, Qf=56,800 GHz,ιf=-3.1ppm/℃。