随着5G时代的到来,微波集成电路有追求极高频和宽频的趋势,在微波陶瓷器件领域有小型化、高稳定性、超低损耗等要求。新型高品质微波介质陶瓷材料的研究将主要围绕以下两大方向展开:（1）探索介电常数（ε_r）大于100.0的新材料体系;（2）追求超高Q值的极限新材料体系（Q×f≥100000 GHz）。我们以钙钛矿结构的Na_1/2Sm_1/2TiO₃（NST）基（ε_r>100.0）陶瓷和Ca_0.35Nd_0.35Li_0.25TiO₃（CLNT）基（ε_r>130.0）陶瓷为高介电常数陶瓷研究对象,以岩盐结构的Li₂Mg₃BO₆（B=Ti,Sn）基低介超高Q值陶瓷（ε_r≤20且Q×f≥100000 GHz）为研究对象,实现了对其微观结构及介电性能的有效调控,获得了系统的陶瓷微结构与介电性能的调控机理,制备了系列化的高介常数（ε_r>100.0）陶瓷和超高Q值（ε_r≤20.0,Q×f≥100000 GHz,τ_f⁰ ppm/℃）的微波介质陶瓷,本论文的主要研究结果如下:（1）NST晶体结构模型被确定为正交钙钛矿结构（Pnma空间群）,NST的晶体结构具有一定量的A位空位和氧空位。为了抑制Ti还原或自由电子所引起的本征损耗,我们首先采用一次性合成工艺向陶瓷中引入受主Cr³⁺抑制自由电子,有效地抑制了Ti³⁺的产生。为了改善空位声子散射引起的本征损耗,我们向NST陶瓷中外掺CeO₂,适量的Ce⁴⁺进A位将填充空位或取代(Na_1/2Sm_1/2)²⁺抑制氧空位,从而降低相应本征损耗;但过量的Ce⁴⁺会进入B位恶化介电性能。τ_f值高度依赖于B位阳离子键价,Cr³⁺和Ce⁴⁺的引入有助于增强B位阳离子键价,其τ_f可以被一定程度上改善。为了有效调控NST陶瓷的ε_r和τ_f值,我们分别利用Nd/Sn和Nd/Zr对NST陶瓷进行A/B位离子协同取代。我们先引入离子极化率较大的Nd³⁺对NST陶瓷进行A位离子取代,其ε_r可以从100.0提升至110.0。在此基础上,分别采用Sn和Zr来取代NST陶瓷的Ti离子,在固溶体范围内,随着t（t<0.9596）的降低,τ_f高度依赖于晶体结构的容忍因子,τ_f可从206.0 ppm/℃调节至0 ppm/℃附近,但超过固溶体范围时,Nd₂Ti₂O₇相的出现会严重恶化综合微波性能。在上述研究中,Na_0.5Nd_0.2Sm_0.3Ti_0.98Zr_0.02O₃具有优异的微波介电性能:ε_r=107.0,Q×f=9600 GHz和τ_f=190.2 ppm/℃。（2）为了制备更高介电常数陶瓷,我们对CLNT（ε_r>130）钙钛矿陶瓷展开研究。我们先采用Al³⁺对Ca_0.35Nd_0.35Li_0.25Ti_1-x-x Al_xO₃（CLNTAx）进行B位取代提升了Q值,在实验中将粉料直接干压成型,简化了陶瓷需要等静压的制备工艺。CLNTAx的结构模型被确立为正交钙钛矿结构（Pnma空间群）。CLNTAx陶瓷的介电本征损耗因原子堆积密度的改善而被降低。但Al含量的增加会导致B位阳离子键价下降,晶体的α_obs与α_theo均降低且Δα=α_obs-α_theo逐步增大;较小的B位键价表明氧和B位离子之间的键强较弱,从而导致B位的声子散射效应增强,所以ε_r和τ_f均被恶化。特别地,Ca_0.35Nd_0.35Li_0.25Ti_0.97Al_0.03O₃（CLNTA3）陶瓷具有良好的综合性能:ε_r=128.0,Q×f=4329 GHz,τ_f=74.8 ppm/℃。为了有效调控CLNT陶瓷的τ_f值,我们分别通过(Zn_1/3Ta_2/3)⁴⁺和(Mg_1/3Ta_2/3)⁴⁺复合离子对CLNT陶瓷进行B位取代研究。Raman光谱分析表明A_g模式对短程有序（SRO）效应非常敏感,因为Zn²⁺与Ta⁵⁺的不同电荷和离子半径为形成SRO结构提供了驱动力,所以A_g模式的强度逐渐增大,SRO效应变强。[TiO6]八面体的倾斜度增大和第二相的出现极大地影响着τ_f的变化,τ_f可被有效地从67.9 ppm/℃调控至10.3 ppm/℃。在对CLNT（MT）x的研究中,其主要结论与(Zn_1/3Ta_2/3)⁴⁺相似。与其不同的是,（1 2 1）衍射峰的卫星峰（2 0 0）和（0 0 2）的峰强逐渐增强说明(Mg_1/3Ta_2/3)⁴⁺组分有助于{1 0 0}或{0 0 1}晶面族的生长。当x=0.08时,具有较低温度系数的CLNT（MT）0.08陶瓷的微波介电性能为ε_r=121.5,Q×f=3865 GHz,τ_f=+22.1 ppm/℃。为了制备一种高介电常数低温共烧陶瓷（LTCC）材料,我们研究了BaCu（B₂O₅）降烧助剂对CLNTA3的低温共烧机理。CLNTA3+5 wt.%BCB2陶瓷在950℃具有优异的微波介电性能:ε_r=110.0,Q×f=2979GHz和τ_f=41.2 ppm/℃,而且该瓷料满足LTCC的技术要求。（3）为了获得超高Q值陶瓷,我们以Li₂Mg₃BO₆（B=Ti,Sn）陶瓷为基础系统地展开致密烧结、物相衍变、晶体结构和介电性能的调控机理研究。我们开发了保护气氛的控制烧结法,有效地抑制了由锂元素的挥发形成的气孔或由相变导致材料有大量的微裂纹或断裂纹,实现了Li₂Mg₃SnO₆陶瓷在富锂保护气氛下的致密烧结。在物相衍变研究中,我们发现Li₂SnO₃将与MgO发生固溶反应生并成立方岩盐结构的Li₂Mg₃SnO₆相,但在高温空气中,Li₂Mg₃SnO₆会分解为Mg₂SnO₄,MgO和Li₂O;而且分解产物MgO将继续与Li₂Mg₃SnO₆相反应生成类Li₂Mg₃SnO₆面心立方相。基于前期的物相衍变分析,我们推导出Li₂SnO₃-MgO系列化固溶体的化学通式为Li_2/3（1-x）Sn_1/3（1-x）Mg_xO和Li₂Mg_ySnO_3+y（x=0⁴/7,y=0⁴,x=y/（3+y））。我们将保护气氛控制烧结法推广至Li_2/3（1-x）Sn_1/3（1-x）Mg_xO（x=0⁴/7）陶瓷,SEM表明所有样品的晶粒完整饱满,晶界清晰,样品的微观形貌平滑致密,保护气氛控制烧结被证明适用于LSMxO系列化陶瓷的致密烧结。由TEM分析可知,Li₂Mg₃SnO₆（x=1/2）具有特殊的短程有序超晶格结构,该结构使其具有超低本征损耗（超Q值）。LSMxO系列化陶瓷的微波性能连续可调,包括温度稳定型Li₂SnO₃/Li₂Mg₃SnO₆复相陶瓷（x=1/7）的性能为ε_r=15.4,Q×f=80902 GHz和τ_f=+5.6 ppm/℃,极高Q×f值的Li₂Mg₃SnO₆（x=1/2）单相陶瓷的性能为ε_r=12.7,Q×f=168330 GHz和τ_f=-27.4 ppm/℃。（4）对于Li₂Mg₃TiO₆基陶瓷,我们先对Li₂Mg_3-x-x Ca_xTiO₆（x=0⁰.18,LMCxT）陶瓷进行物相衍变和微波介电性能的调控机理研究。MgO将与Li₂TiO₃发生固溶反应,并生成具有岩盐结构的Li₂Mg₃TiO₆相（Fm-3m空间群）。Ca原子因其半径太大无法溶入Li₂Mg₃TiO₆中而形成CaTiO₃相,CaTiO₃与Li₂Mg₃TiO₆共存形成稳定的复相陶瓷。因此,我们通过一次性合成工艺制备了温度稳定型复相陶瓷Li₂Mg_0.28Ca_0.12TiO₆（Li₂Mg₃TiO₆/CaTiO₃）,其性能为ε_r=17.8,Q×f=102246 GHz和τ_f=-0.7 ppm/℃。我们也发现在Li₂Mg_3-xTiO₆中,Mg低于正常化学计量比3时,所有样品仍为类Li₂Mg₃TiO₆相,所以后续深入展开了Li₂Mg_3-x-x TiO₆陶瓷的物相衍变研究。我们推导出Li₂TiO₃-MgO系列化陶瓷的化学通式为Li_2/3（1-x）Ti_1/3（1-x）Mg_xO和Li₂Mg_yTiO_3+y（x=0⁴/7,y=0⁴,x=y/（3+y））,并继续采用气氛烧结法制备了高度致密的Li_2/3（1-x）Ti_1/3（1-x）Mg_xO（x=0⁴/7,LTMxO）陶瓷,保护气氛控制烧结法被再次证明适用于其它易挥发体系。在0≤x≤4/7范围内,TEM分析证明Li₂Mg₃TiO₆（x=1/2）具有短程有序超晶格结构,该结构使Li₂Mg₃TiO₆（x=1/2）陶瓷具有高Q值。特别地,固溶体Li₂Mg_0.5TiO_3.5（x=1/7）的性能为ε_r=21.5,Q×f=82495 GHz和τ_f=-5.3 ppm/℃,Li₂Mg₃TiO₆陶瓷拥有极高的品质因数Q×f=148713 GHz。