论文部分内容阅读
随着5G技术的发展,微波介质陶瓷已成为5G通信技术中不可或缺的电子元器件材料。与传统4G通信技术相比,5G通信技术所需材料需要满足高频段乃至毫米波传输基础性能要求。微波介质陶瓷易于实现大规模化、高频化等特点已成为5G发展中重要的基础材料。其中,研究最热、应用最广泛的微波介质陶瓷材料主要集中在中低介电常数。本文采用传统固相反应方法制备陶瓷粉体,以BaTi4O9-Ba2Ti9O20和Mg2SiO4+CaTiO3系列陶瓷为研究对象,通过掺杂、取代以及调整化学计量比例等方法成功制备了一系列微波介电性能优异的微波介质陶瓷。深入研究了不同改良方法对不同体系陶瓷的烧结性能、微观形貌以及微波介电性能的影响。得到了如下的研究成果:（1）采用固相反应法制备了BaO-xTiO2-0.5wt%CeO2（x=4.15～4.45）陶瓷。通过改变x值（不同Ba/Ti比例）成功获得了微波介电性能良好的BaTi4O9-Ba2Ti9O20复相陶瓷。Ba/Ti比例决定了相的组成及含量。随着x值的增加,复相陶瓷材料的εr增加,Q×f值及τf值降低。在x=4.15时,在1300℃下烧结3h的复相陶瓷具有优异的微波介电性能:εr=38.33,Q×f=49,750 GHz,τf=+12.87 ppm/℃。（2）在（1）的基础上,采用传统固相反应法制备了BaO-4.15TiO2-0.5wt%CeO2/x WO3（x=0-0.09）陶瓷。通过改变x值（WO3含量）成功获得了微波介电性能良好的BaTi4O9-Ba2Ti9O20复相陶瓷材料。WO3含量决定了相的组成及含量,随着WO3含量的增加,εr和τf值逐渐减小,Q×f值先增大后减小。在x=0.07和1325℃烧结3h条件下,具有最佳微波介电性能:εr=37.81,Q×f=51,531GHz,τf=+3.33ppm/℃。（3）采用固相反应法制备了0.9Mg2+xSiO4+x-0.1CaTiO3（x=0、0.025、0.05、0.075、0.1、0.2）微波介质陶瓷。Mg O含量决定了二次相的存在。适量添加Mg O可以促进烧结,降低孔隙率。随着Mg O含量的增加,陶瓷材料的εr和Q×f值逐渐增加,τf值先增加后减小。在x=0.075时,在1425℃烧结3h获得了最佳的微波介电性能:εr=9.78,Q×f=68,048 GHz,τf=+4.57ppm/℃。（4）采用固相反应法制备了Mg2SiO4-Ca1-ySm2y/3TiO3系列微波介质陶瓷。探讨了Ca0.8Sm0.4/3TiO3含量对（1-x）Mg2SiO4+x Ca0.8Sm0.4/3TiO3（x=0.21～0.24）物相组成、烧结性能以及微波介电性能的影响。Ca0.8Sm0.4/3TiO3含量决定了二次相的存在。随着Ca0.8Sm0.4/3TiO3的含量的增加,陶瓷材料的εr、τf值增加,而Q×f值降低。在x=0.22时,在1325℃烧结3h获得了最佳的微波介电性能:εr=11.89,Q×f=32,703 GHz,τf=+0.49ppm/℃。（5）采用固相反应法制备了0.8Mg2SiO4+0.2Ca0.9Sm0.2/3Al2x/3Ti1-xO3（x=0～0.25）微波介质陶瓷。Al3+的取代量决定了相的组成,εr和Q×f值受Al3+取代量的影响,而τf值与相的组成有极大的关系,随着Al3+取代量的增加,εr和τf值逐渐减小,Q×f值逐渐增加。在x=0.2时,1410℃烧结3h条件下,获得了最佳的微波介电性能:εr=10.69,Q×f=70,769GHz,τf=-0.66ppm/℃。