岩盐结构材料的微波介电性能研究

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新型的高性能微波介质材料的研发已成当今关注的热点之一。然而在以前的研究中,关于有序度对微波介电性能的影响,大都集中在钙钛矿结构的有序-无序化方面,关于其它结构化合物的有序-无序对微波介电性能影响的研究较少。本论文率先系统地研究了岩盐结构化合物的烧结性能,以及有序-无序结构与微波介电性能的关系,并获得了以下结果: 1、探索性地研究了各种二元、三元的岩盐结构陶瓷LiFeO2、Li2TiO3、Li3NbO4、Li2ZrO3、Li3Mg2NbO6、Li3Zn2SbO6的合成和微波介电性能,品质因数最高的是Li3Mg2NbO6,Q×f=79643GHz,介电常数最高的是Li2TiO3,εr=22.1,谐振频率温度系数除了Li2TiO3为正值外其余化合物均为负值。 2、研究了xMgO-(1-x)Li2TiO3、xZnO-(1-x)Li2TiO3(0≤x≤0.5)陶瓷介电性能,xMgO-(1-x)Li2TiO3陶瓷随着x值的不断增大,陶瓷结构从有序的单斜结构逐渐转化为无序的立方结构,Li-O键强增强。εr随着x的增大而减小。Q×f随x的增加先增加,这与结构中Li-O键的键强的增强有关:而后受样品的气孔率和有序度的降低的影响Q×f值却随x的进一步增加而下降。谐振频率温度系数从正值变为负值。在x=0.24时获得了最佳微波介电性能:εr=19.8,Q×f=103996GHz,τf=3.56ppm/℃。 xZnO-(1-x)Li2TiO3(0≤x≤0.5)陶瓷很难形成稳定的固溶体,而生成了第二相Zn2Ti3O8,使结构的介电常数和Q×f值都随着x的增大而减小,τf由20.3 ppm/℃降到-50.9ppm/℃。 3、研究了Li2+xTi1-4xNb3xO3(0≤x≤0.10)陶瓷的介电性能,随着x值的不断增大,陶瓷的结构逐渐由有序向无序转化,有效地改善了较弱的Li-O键,解理现象得到抑制。εr随着x的增大而减小。x<0.04时,结构中Li-O键的键强的增强起主导作用,使Q×f随x的增加先增加;而后受样品的气孔率和有序度的降低的影响,Q×f值却随着x的进一步增加而下降。谐振频率温度系数从正值变为负值。当x=0.07时,1350℃/2h烧结的Li2+xTi1-4xNb3xO3陶瓷具有最佳的τf=-1.4ppm/℃。等静压烧结工艺能够有效地提高Li2+xTi1-4xNb3xO3(0≤x≤0.10)陶瓷的致密度,从而提高了Q×f值,在x=0.06达到90388GHz。 4、结合相图研究了非化学剂量比的Li2+xTiO3(-0.85≤x≤0.2)陶瓷的微波介电性能,结果表明:Li+缺量时,陶瓷表面缺陷明显有裂纹,气孔较多,出现解理现象,结构中还出现了第二相Li4Ti5O12,从而影响了结构的微波介电性能;而当Li+过量时,整个结构为单相,解理现象得到抑制,晶粒较大(20~80μm)。在x=-0.55时,Q×f=64806GHz,εr=25.2,τf=11.0ppm/℃。
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