近30年来,利用微波介质陶瓷制作的介质滤波器、谐振器和贴片天线等微波元器件,在无线通讯系统中有非常广泛的应用。为了满足微波系统中器件的要求,往往希望微波介质陶瓷具有以下三个方面的特征。高的介电常数ξ_r有利于实现微波元件的小型化,因为谐振谐振器中电磁波的波长与介电常数ξ_r存在lμ（?）1/（?）的关系。希望微波介质陶瓷具有高的品质因素Q×f,高的品质因素能够有利于提高其选频特性特性,有效降低插入损耗。还希望微波介质陶瓷具有近零的谐振频率温度系数τ_f,以确保在各种不同工作温度下的稳定性。本文采用固相法工艺,围绕Mg₂TiO₄基陶瓷和MgTiO₃基微波介质陶瓷的结构和性能优化展开研究,得到了主要的研究成果如下:1、采用Rietveld全谱拟合法测定了Mg₂TiO₄陶瓷的晶体结构,对其晶格振动与拉曼光谱进行分析。采用传统固相法合成Mg₂(Ti_1-xSnxO₄陶瓷,研究Sn⁴⁺离子取代对Mg₂TiO₄晶体结构和微波介电性能的影响。通过XRD测试并计算,发现Mg₂(Ti_1-xSnxO₄的晶胞参数随着Sn⁴⁺的取代量增大而增大。陶瓷系统中发现有MgO的第二相,随着Sn⁴⁺的取代量增大而增大。其原因是Sn⁴⁺高温下不稳定,Sn⁴⁺的含量增大,挥发会越来越严重导致的。讨论了高温下Ti⁴⁺离子的变价机理,提出了Sn⁴⁺不稳定的分解反应能有效抑制Ti⁴⁺的半导化,在一定程度上改善微波介电性能的观点,并通过XPS测试来佐证。深入探索了离子极化率、原子堆积密度、阳离子键价等结构特征与性能之间的关系。获得了优异的微波介电性能的配方与工艺,Mg₂(Ti_0.8Sn_0.2)O₄陶瓷在1510℃保温4h烧结:ξ_r=12.2,Q×f=153,270 GHz,τ_f=-53.1 ppm/℃。2、采用传统固相法合成（1-x）(Mg_0.97Zn_0.03)₂(Ti_0.95Sn_0.05)O₄-x CaTiO₃陶瓷。利用XRD、SEM和EDS等分析手段,结合晶格参数的计算,研究Zn/Sn协同取代对Mg₂TiO₄陶瓷烧结特性、物相组成、微观形貌及微波介电性能的影响。0.93(Mg_0.97Zn_0.03)₂(Ti_0.95Sn_0.05)O₄-0.07CaTiO₃陶瓷在1390℃保温4h烧结,具有优异的微波介电性能:ξ_r=18.3,Q×f=94,715 GHz,τ_f=4.1 ppm/℃。3、采用Rietveld全谱拟合法测定了MgTiO₃陶瓷的晶体结构,利用结构参数计算了MgTiO₃的容限因子、键能、阳离子共价性、共价作用百分比和氧八面体畸变参数。对其晶格振动与拉曼光谱进行了分析。探索其结构特点,为性能优化奠定基础。4、研究了0.95MgTiO₃-0.05CaTiO₃-x Co₂O₃复相陶瓷的相组成与微波介电性能。结果表明:Co₂O₃的添加,不仅降低了复合陶瓷的烧结温度,同时抑制了复合陶瓷中Mgti2o5的产生。co²⁺取代Mg²⁺进入MgTiO₃晶格,晶格常数增加,同时导致Mg的富余而形成MgTiO₃相。Co₂O₃在高温下,存在分解反应。该反应能在一定程度上抑制ti⁴⁺离子在高温情况下的半导化,进而改善了陶瓷体系的品质因数。0.95MgTiO₃-0.05CaTiO₃-0.01Co₂O₃在1300℃下保温4h烧结,获得了比较优异的微波介电性能（ξ_r=20.5,Q×f=76,485Ghz,τ_f=2.4ppm/℃）。因此,该性能优异的复合陶瓷有广泛应用在微波谐振器、滤波器和贴片天线中的潜力。5、将Mg富余的Mg2.05sio4.05添加到MgTiO₃-CaTiO₃复合陶瓷中,系统的研究其相组成,微观形貌以及微波介电性能。理论上发现MgO的富余能抑制Mgsio3和Mgti2o5的产生。0.8MgTiO₃-0.2Mg₍2.05_Sio₍4.05_-0.06CaTiO₃复合陶瓷在1380°c温度下保温4h可以获得优异的微波介电性能:ξ_r=15.4,Q×f=72,705ghz,τ_f=-1.5ppm/oc。同时基于我们的研究思路,复合陶瓷体系能够做到介电常数ξ_r从9-20之间连续可调,温度系数控制在±10ppm/℃内,同时Q×f在65,000⁸5,000ghz之间。6、研究了Li₂ZnTi₃O₈与MgTiO₃-CaTiO₃复合陶瓷的烧结特性和微波介电性能的影响。Li₂ZnTi₃O₈能够有效降低MgTiO₃-CaTiO₃的烧结温度,同时促进陶瓷的晶粒生长,使微波介电性能有所提升。0.94MgTiO₃-0.06CaTiO₃-0.015Li₂ZnTi₃O₈在1220°c下烧结保温4h拥有优异的微波介电性能:合适的介电常数ξ_r=20.97,比较高的品质因数Q×f=70,832ghz,接近0的谐振频率温度系数τ_f=3.5ppm/oc。该复合陶瓷体系有广泛应用在微波介质谐振器,滤波器和贴片天线中的潜力。7、采用一次合成工艺,利用Mgo-Cao-TiO₂-Nb₂O₅-Zno-SiO₂-Mno₂体系一次预烧的方式配料,合成了具有较低损耗、近零温度系数、生产工艺简单的高性能MgTiO₃陶瓷。不同Mg/ti比的Mg-ca-ti陶瓷都包含主晶相MgTiO₃相和次晶相CaTiO₃相,在Mg量不足时陶瓷具有Mgti2o5相,Mg含量较高时具有MgTiO₃相。随着Mg/ti比增加,ξ_r从21.2递减至20.6,Q×f值从76,342ghz先增加至79,915ghz后降低至75,080ghz,τ_f至从-3.8ppm/oc增加至1.2ppm/℃后变化不大。在Mg/ti比为0.955时,在1310℃保温4h烧成的陶瓷具有优良的介电性能:ξ_r=21.1,Q×f=79,915ghz,τ_f=1.2ppm/℃。8、采用固相反应法制备了[(Mg_1-x-yCa_x)La_y](Ti_1-yAl_y)O₃复合体系微波介质陶瓷,并对其进行物相组成、微波介电性能和晶粒形貌的研究。研究结果表明,在x+y=0.75时,陶瓷的主晶相在x=0.5为CaTiO₃和Mgal₂O₄两相,x=0.25时出现Mgti₂O₅相,x≤0.05时出现MgTiO₃但Mgal₂O₄相消失,la会固溶到主晶相的晶格中。测试发现随着Ca含量增加,介电常数持续递增,介电常数温度系数递减。Q×f值在Ca含量为0.7时出现极大值,SEM分析显示气孔、晶粒均匀性和晶粒形状等晶粒特征会导致Q×f有明显的变化,[(Mg_0.25Ca_0.70)La_0.05](Ti_0.95Al_0.05)O3陶瓷的介电性能达到:ξ_r=84.7,Q×f=133,700 GHz,et≈-841 ppm/℃。分析认为陶瓷的密度变化主要受陶瓷组成影响。当LaAlO₃配比只占极少量时（y=0.01）,Ca在0.74⁰.89内增加时条状晶粒增多,介电常数和表观密度少量增加,而Q×f值和介电常数温度系数变化不大。基于这个体系,我们获得了一个介电常数ξ_r从13.8到184.3,介电常数温度系数τ_ξ从+24 ppm/℃到-1558 ppm/℃连续可调的配方体系。