【摘 要】
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随着现代通信技术的高速发展,为了实现器件的小型化、轻型化以及集成化,低温共烧陶瓷（Low Temperature Co-fired Ceramic,LTCC）技术得到广泛的研究。LTCC领域中钒基体系陶瓷凭借其优异的介电性能、较低的烧结温度和低成本的制备工艺等优势正成为当前的研究热点。本文分别对钒酸盐体系中B a Mn V2O7陶瓷的微波介电性能进行首次报道,采用离子取代方法系统地研究了Sr Zn
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随着现代通信技术的高速发展,为了实现器件的小型化、轻型化以及集成化,低温共烧陶瓷（Low Temperature Co-fired Ceramic,LTCC）技术得到广泛的研究。LTCC领域中钒基体系陶瓷凭借其优异的介电性能、较低的烧结温度和低成本的制备工艺等优势正成为当前的研究热点。本文分别对钒酸盐体系中B a Mn V2O7陶瓷的微波介电性能进行首次报道,采用离子取代方法系统地研究了Sr Zn V2O7、B i C a VO5微波介质陶瓷的介电性能变化。具体研究成果如下:通过固相反应法制备Ba Mn V2O7陶瓷,并首次报道了其微波介电性能:εr=11.17,Q×f=20040 GHz,tf=-48.2 ppm/℃。通过XR D图谱表征发现B a Mn V2O7样品中存在少量的第二相。基于Ri et vel d全谱拟合法得到了B a Mn V2O7在不同烧结温度状态下晶体结构参数。TEM测试验证了B a Mn V2O7属于P21/n空间群的单斜结构陶瓷。Ba Mn V2O7陶瓷介电常数和Q×f值受到气孔率的影响,tf值则与V-O键键价的变化有关。通过对远红外光谱拟合后得到B a Mn V2O7陶瓷的本征介电性能的变化及原因。B a Mn V2O7陶瓷与银电极在830℃下能够实现低温共烧,具备成为LTCC领域潜在应用对象。探究Ni2+取代Zn2+对Sr Zn V2O7的介电性能变化及其变化原因。XRD图谱表明Sr Zn1-xNixV2O 7（X=0,0.01,0.02,0.03）陶瓷在烧结温度范围内都为纯相。通过对精修XRD图谱拟合得到陶瓷的晶体结构参数,介电常数的变化主要取决于陶瓷的气孔率和极化率,Q×f值的变化也与气孔率有较强的关联性,最终S r Zn V2O7在740℃下表现出的微波介电性能为:εr=11.4,Q×f=49541GHz,tf=-27.8 ppm/℃,并且能够与银电极实现低温共烧。Ni2+在X=0.01的取代量下Sr Zn0.9 9Ni0.01V2O 7陶瓷表现出比纯相更为优异的性能:εr=11.81,Q×f=55091GHz,τf=-36.4 ppm/℃,实现了通过离子取代提升微波介电性能的目标。BiCaVO 5陶瓷通过固相反应法制备,XR D图谱显示在烧结温度范围内为纯相,基于精修XRD图谱利用Rietveld全谱拟合法得到Bi Ca VO5陶瓷的晶体结构参数。采用拉曼光谱研究了陶瓷内晶体振动特性。借助经典谐振子模型对远红外光谱拟合探究Bi Ca VO5陶瓷的本征介电性能,计算得出Bi Ca VO5陶瓷的本征介电性能。Bi Ca VO5陶瓷介电常数和Q×f值的变化主要受到致密度的影响,在860℃烧结温度下的介电性能最为优异:εr=16.44,Q×f=55388GHz,τf=-66.4 ppm/℃,与金属Ag电极能够实现低温共烧。采用固相反应法制备BiCa1-xM nxVO5（X=0.02,0.04,0.06）,结合XR D、S EM、EDS等表征手段深入分析M n2+取代对B i C a VO5陶瓷的物相结构、微观形貌以及介电性能的变化。当Mn2+取代量为X=0.02下Bi Ca0.9 8M n0.02VO5陶瓷在820℃下的性能为:εr=15.8,Q×f=60716GHz,τf=-56ppm/℃,改善了介电性能的同时降低了烧结温度。基于此优异的介电性能,结合HFSS软件进行器件仿真实验并设计出一款介质谐振天线,实现介质陶瓷的工程化应用尝试。
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