偏钛酸镁微波介质陶瓷的相稳定性和抗还原性烧结研究

发布时间：2020-05-11 12:31

【摘要】：微波介质陶瓷作为一种新兴的功能陶瓷材料,在推动无线通讯技术发展的过程中起到了不可替代的作用。高Q值、温度稳定性好的微波介质谐振器已成为下一代5G基站设备中的关键材料。为此,本文拟以Mg_((1.04 3/2y))Ce_yTiO_(3+δ)系微波介质陶瓷为研究对象,采用传统固相法制备陶瓷样品,深入研究了MgO/TiO_2陶瓷相结构与反应模型,重点探寻了氧空位缺陷对材料性能的影响规律以及不同烧结气氛条件下相成分的稳定性和抗还原性,最终制备出具有良好抗还原性的微波介质陶瓷材料。首先,研究了不同的MgO原料和Mg化学剂量对MgTiO_3陶瓷结构和性能的影响,推断出MgO和TiO_2的反应过程为核壳结构模型。半径较大的MgO为核,半径较小的TiO_2为壳,反应过程中TiO_2附集在MgO周围,从而生成MgTiO_3,但是MgTiO_3会阻碍壳TiO_2与核MgO的进一步反应,所以TiO_2与MgTiO_3生成了MgTi_2O_5。然后在MgTiO_3形成单相的基础上,对MgTiO_3进行了A位掺杂,研究了Mg_((1.04 3/2y))Ce_yTiO_(3+δ)陶瓷的结构和性能,发现Ce~(3+)离子可以少量取代Mg~(2+)离子,当y=0.01时,微波介电性能最好。另外,对Mg_((1.04 3/2y))Ce_yTiO_(3+δ)陶瓷进行了?_f的调控,当CaTiO_3摩尔比为0.08时,(1-x)Mg_((1.04 1.5y))Ce_yTiO_(3+δ)-xCaTiO_3陶瓷的?_f近零。对(1-x)Mg_((1.04 1.5y))Ce_yTiO_(3+δ)-xCaTiO_3陶瓷进行了XPS分析,发现在烧结过程中氧损失会导致氧空位的形成,进而产生电子和导致Ti~(4+)还原成Ti~(3+),这样又会降低了陶瓷微波介电性能。最后,研究了MgTiO_3材料在不同气氛中(Air、O_2、N_2)的相成分稳定性以及CeO_2掺杂对材料抗还原性的影响。结果发现,MgTiO_3陶瓷在不同的气氛下(Air、O_2、N_2)烧结都能维持稳定的相成分,而Mg_((1.04 1.5y))Ce_yTiO_(3+δ)(y=0.01)陶瓷在不同的气氛下(Air、O_2、N_2)烧结相成分有差异。通过XPS分析,推断出氧分压的大小会影响CeO_2在MgTiO_3的固溶,氧分压越大,Ce~(4+)含量越高,那么从电价平衡角度可知,A位所需的Ce~(4+)就越少,导致多余的Ce~(4+)以CeO_2析出。
【图文】：

偶极子天线,摩托罗拉,手机

指工作在微波频段 (300MHz-300GHz 的一种材料。由于微波的波长短、稳定性好设备中。naTAC 8000X 发明了第一台手机，它的工作呈几何级数增长，原有的频率资源很明显频率从 GSM900 提高到现在的 GSM1800率提高到了 2.1GHz，第四代通讯技术(LT，现在热门的 5G 频段甚至到了 3000-500息社会的重要组成部分。

传输功率,频率温度系数

图 1.2 相对传输功率与频率关系图来说，损耗通常分为两种，即内部损耗和外部损耗[26]。内部损耗是晶动以及在电场作用下非简谐运动带来的损耗。而外部损耗主要是由陶晶体缺陷、细小裂纹等因素决定的[27]。损耗提高微波介质陶瓷 Q×f 的主要方法包括：(1) 适当的延长陶瓷在烧温时间，可以增加离子的扩散运动[28]；(2) 采用合适的升温和降温速率子的挥发和抑制价态的转变[29]；(3) 掺入与基体离子半径相似的元素，的价态的转变和抑制氧空位的产生[30]；(4) 掺入合适的化合物，使陶瓷生有序化相变[31,32]；(5) 对材料进行退火处理，可以增加离子的有序度频率温度系数频率温度系数(Temperature Coefficient of Resonant Frequency，，f)其表达（1()()1()()01010fTTTfTfTTfff
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN04

【参考文献】