新型AB2O4型低介微波介质陶瓷的制备及其性能研究

作     者：何国强 

作者单位：桂林理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周焕福

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：微波介质陶瓷 AB2O4钙铁氧体结构 介质损耗 低介电常数 

摘      要：微波介质陶瓷（MWDC）是微波电路中的关键材料之一。为了实现良好的信号传输质量,响应高频技术的发展趋势,开发介电常数低、Q×f值高、τ_f近零的微波介质陶瓷材料是一个迫切需要解决的问题。本文系统研究了新型ABO系列微波介质陶瓷:Sr YO、Ca YO、Sr SmO、Ba SmO。优化了Sr YO的微波介电性能,在此基础上设计制备了适用于5G频段的微波介质谐振器天线。（1）采用固相反应法制备了低介ABO型的Sr YO（SY）陶瓷。在整个烧结温度范围内,SY均为纯Sr YO相。随着烧结温度的升高,样品平均晶粒尺寸增加;相对密度和介电常数则表现为先升高后降低的趋势。1475℃烧结4h的SY陶瓷具有优异的的微波介电性能:ε=14.78,Q×f=84090 GHz,τ_f=-14.98ppm/℃。（2）为了优化SY陶瓷的微波性能,采用固相反应法制备了非化学计量比的SrYO（x=0～0.4）陶瓷。SrYO（x=0～0.4）陶瓷的衍射峰均与Sr YO的标准卡片相匹配。当x=0.2时,陶瓷具有优良的微波介电性能:ε=15.41、Q×f=112375 GHz、τ=-17.44 ppm/℃。随后加入2wt%的Ca Ti O可将陶瓷的τ值调节为0,此时陶瓷具有良好的微波介电性能:ε=16.14,Q×f=51004 GHz,τ=0ppm/℃。利用该类陶瓷设计制备了性能良好的介质谐振器天线,其中心频率、增益和效率分别为26.6 GHz、3.66 d Bi和83.14%。（3）采用反应烧结法制备了由Ca O和YO两相组成的Ca YO（CY）陶瓷。结果表明,该陶瓷所有衍射峰与YO和Ca O的衍射峰均匹配良好。当烧结温度为1400℃时,陶瓷具有良好的微波介电性能:ε=4.30、Q×f=33360 GHz、τ=-13.79 ppm/°C。（4）采用固相反应法制备了低介ABO型的Sr SmO（SS）陶瓷。SS陶瓷为Sr SmO单相。SS陶瓷在烧结温度为1400℃时具有良好的微波介电性能:ε=18.16、Q×f=40646 GHz、τ_f=-17.6 ppm/℃。（5）采用固相反应法制备了低介ABO型的Ba SmO（BS）陶瓷。陶瓷的所有衍射峰均与Ba SmO标准卡片匹配。XPS结果表明部分Sm在高温下被还原为Sm。陶瓷的介电常数、Q×f和τ_f分别与相对密度、堆积分数和氧八面体畸变密切相关。1500℃烧结的BS陶瓷具有良好的微波介电性能:ε=10.99、Q×f=54598 GHz、τ_f=-25.4 ppm/℃。