【摘 要】
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随着通信产业的发展,对陶瓷滤波器、双工器、谐振器、介质天线等器件需求也越来越大,电子陶瓷市场规模日益增大。高能耗是陶瓷工业的掣肘问题,以及国际5G/6G通讯基站陶瓷滤波器、天线与LTCC技术的要求,现阶段对低烧结温度、低介电常数、高品质因数的微波介电陶瓷研究十分热门。含锂磷酸盐的烧结温度较低,微波介电性能较好,是一种良好的微波介质陶瓷的材料。本实验是基于前人报道LiMg（0.95）Ni0.05PO
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随着通信产业的发展,对陶瓷滤波器、双工器、谐振器、介质天线等器件需求也越来越大,电子陶瓷市场规模日益增大。高能耗是陶瓷工业的掣肘问题,以及国际5G/6G通讯基站陶瓷滤波器、天线与LTCC技术的要求,现阶段对低烧结温度、低介电常数、高品质因数的微波介电陶瓷研究十分热门。含锂磷酸盐的烧结温度较低,微波介电性能较好,是一种良好的微波介质陶瓷的材料。本实验是基于前人报道LiMg（0.95）Ni0.05PO4（εr:6.70,Q×f:99,700GHz,τf:-62ppm/℃）和LiMg（0.9）Zn0.1PO4（εr:6.91,Q×f:98,600GHz,τf:-55.3ppm/℃）两种单离子取代的陶瓷固溶体基础上,参照三元系镍锰锌铁氧体与钴酸锂的设计思路,进一步采用高温制备双离子复合取代与超低温制备的尝试。研究内容如下:（1）固定取代浓度为x=0.1、调整掺入的Zn/Ni复合离子的比例来探寻LiMg（0.9）Zn0.1-xNixPO4（x=0-0.1）陶瓷的最优性能。XRD图和拉曼光谱证明了所有组分的陶瓷都形成了固溶体单相,并通过精修得到了不同比例的Zn+2/Ni+2的组分的晶胞参数的变化。本文借助了化学键理论,探讨了Mg-O、Li-O和P-O键与微波介电性能的关系,并采用远红外反射谱借助K-K公式变换关系,计算与比较理想与实际测试条件下的介电常数与介电损耗。最后固定Zn+2/Ni+2的比例、变化取代浓度(Zn+2/Ni+2=3:2,0≤x≤0.125)做进一步证明x=0.04是最优的取代浓度。最后得出当x=0.04时,LiMg（0.9）Zn0.1-xNixPO4固溶体陶瓷取得最佳的微波性能,εr为～7.13,Q×f值为～153,500GHz(tanδ=0.84×10-4),τf值为～-59ppm/℃（at 12～13GHz）,对应的最佳烧结温度为875℃。（2）通过添加不同体积分数的TiO2调节LiMg0.9Zn0.06Ni0.04PO4固溶体陶瓷的τf值（0≤x≤15vol%）。加入12vol%的TiO2,（1-x）vol%LiMg（0.9）Zn0.06Ni0.04PO4-xvol%TiO2复合陶瓷的τf得到了近零值,对应的微波介电性能为εr～10.30,Q×f～58,400Ghz(tanδ=2.093×10-4),τf～+4.04ppm/℃（at～12GHz）,烧结温度为975℃。在此基础上,在复合陶瓷中加入Ag粉在975℃烧结,验证了其与Ag的化学兼容性良好。最后采用τf值近零的88vol%LiMg（0.9）Zn0.06Ni0.04PO4-12vol%TiO2陶瓷为介质基板材料,设计加工了5G贴片天线。（3）用冷烧结的方式制备了LMP纯相和LMP基复合陶瓷。调节烧结温度、压力强度、保温强度来探求冷烧结制备LMP的适宜烧结条件,在250℃、压力为600Mpa和保温1h的时候,LMP陶瓷有最大的致密度,约为93%,对应的微波介电性能为εr为～6.5,Q×f值为～16,000GHz,τf值为～-58ppm/℃。为了使其达到器件化应用,加入Ca Ti O3和K2Mo O4,冷烧结LMP-CTO-KMO复合材料获得了ρ～2.92g/cm3（97%）、εr～9.1、Q×f～8500和τf～-6ppm/°C。
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