铁电—铁磁复合陶瓷的介电性能研究

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钛酸锶钡(BST)的介电常数可以随外加电场改变而改变,在微波调谐器件中有很好的应用前景,如相控阵天线、频率捷变器、谐振器、电控移相器等。钛酸锶钡介电常数高,会导致阻抗匹配困难,且微波介电损耗大。合成铁电-铁磁复合材料,可以调节电场改变介电常数,调节磁场改变磁导率,对微波设备进行双重调谐,从而解决阻抗匹配问题。本论文合成Ba0.5Sr0.5TiO3/BaFe12O19和Ba0.5Sr0.5TiO3/YIG复合陶瓷,并研究了铁电-铁磁陶瓷的物相和介电性能;为降低介电损耗,研究了MgO掺杂对Ba0.5Sr0.5TiO3/YIG陶瓷介电性能和物相的影响。结果表明:(1)BST/BaFe12O19复合陶瓷中只存在BST和BaFe12O19两相,随着BaFe12O19含量的增加,复合陶瓷的介电常数与介电损耗都明显增大,与相比BST,介电常数有所降低,但仍然较大,介电常数最小值约为880,介电损耗变化范围为0.015-0.32。(2)BST/YIG复合陶瓷中只存在BST和YIG两相,随着YIG的含量的增加,复合陶瓷的介电常数逐渐减小,介电损耗变化不大,相比BST,介电常数明显降低,介电常数最小值约为314,介电损耗最小值0.005。(3)BST/YIG/MgO复合陶瓷由Ba0.5Sr0.5TiO3相、MgO相、YFeO3相和MgFe2O4相组成,YIG相消失,这是由于高温烧结时,YIG与MgO发生反应,生成了MgFe2O4和YFeO3。随着MgO含量的增加,BST/YIG复合陶瓷的介电常数和介电损耗明显降低;随YIG含量增加,复合陶瓷的介电常数不断减小,而介电损耗逐渐增大。烧结温度为1340℃,MgO含量为50wt%,YIG含量为5wt%时,介电常数为72,介电损耗最小值0.0015。BST/BaFe12O19和BST/YIG复合陶瓷的介电损耗仍然偏大,掺入低介电常数低损耗的介电物质,可以降低铁电-铁磁材料的介电损耗,但是要避免介电物质与铁磁物质之间发生化学反应。
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