钒酸盐基低损耗微波介质陶瓷的制备与性能研究

发布时间：2017-08-29 20:14

  本文关键词：钒酸盐基低损耗微波介质陶瓷的制备与性能研究

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【摘要】：微波介质陶瓷是应用于微波频段(300MHz～300GHz)电路中作为介质材料并完成多种功能的陶瓷。随着现代微波移动通讯技术的快速发展,作为制备先进基板、介质天线以及其他无线通信器件的关键材料,微波介质陶瓷成为近年来国内外电介质材料研究领域的热点方向。本文采用传统固相合成法制备了新型的钒酸盐基微波介质陶瓷ReVO4(Re=La,Ce)和BaMg2V2O8,并分别采用离子取代和非化学计量法对BaMg2V2O8进行性能优化。通过采用XRD、SEM、EDS、XPS及矢量网络分析仪等系统地研究了制备工艺、相结构、微观形貌对微波介电性能的影响。本论文的主要研究工作如下：首先,用固相法合成了以ReVO4(Re=La,Ce)为代表的镧系钒酸盐及BaMg2V2O8微波介质陶瓷材料。XRD结合Rietveld精修拟合以及SEM测试结果表明,低温烧结后的ReVO4(Re=La,Ce)和BaMg2V2O8样品分别呈现出单一相结构,且粒子堆积紧密,晶界明显。LaVO4、CeVO4及BaMg2V2O8陶瓷样品分别在850℃、950℃和900℃烧结后表现出优异的微波介电性能：εr=14.2,Qxf=48197 GHz, τf=-37.9 ppm/℃;εr=12.3,Qxf=41460 GHz,τf=-34.4 ppm/℃;εr=12,Qxf= 156140 GHz,τf=-36 ppm/℃。该镧系钒酸盐及超低损耗的BaMg2V2O8的优良性能和低烧特性使它们成为有希望应用于低温共烧陶瓷技术(LTCC)的陶瓷材料。其次,通过引入比Ba2+离子半径小的Sr2+进行A位取代探究其对BaMg2V2O8的微波介电性能的影响,设计组成为：Ba1-xSrxMg2V2O8(x=0-0.40)。XRD测试结果表明该体系在研究组成范围内均为单一四方相的固溶体。随Sr2+含量的增加,衍射峰逐渐向高角度偏移,并逐渐出现明显的分峰现象,各向异性增强,晶格畸变程度增大。掺杂适量Sr2+并没有改变晶粒尺寸大小,但在x0.15时晶粒细化机制开始显现。精修得到的数据表明A位Sr2+取代增强了A-O键的键价,导致tf不断向正方向变化,并最终获得了近零的tf,提升了基体材料的微波介电性能。x=0.15的样品在915℃时获得最优的微波介电性能：εr=13.3,Qxf=86640 GHz和τr=-6 ppm/℃,在LTCC领域有较大的应用潜力。最后,研究Ba的非化学计量对BaMg2V2O8的相结构、致密化行为以及微波介电性能的影响,设计组成为：Ba1+xMg2V2O8 (x=0-0.52)。XRD、SEM和EDS分析结果表明,Ba过量会引入第二相Ba3V2O8并与BaMg2V2O8形成复相陶瓷。由于Ba3V2O8具有较高的致密化温度和正温度系数,因此它的出现略微提升了该复相体系的烧结温度。通过适当调整两相含量,可以获得温度系数近零的复相陶瓷,且x=0.44的样品在930℃烧结后表现出良好的微波介电性能：εr=13.7,Qxf=92580GHz和τf=-5.3 ppm/℃,是一种有应用价值的LTCC微波介质陶瓷。
【关键词】：钒酸盐 ReVO_4 BaMg_2V_2O_8 微波介电性能 LTCC
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ174.1
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-10
• ABSTRACT10-17
• 第一章 绪论17-36
• 1.1 引言17-18
• 1.2 微波介质陶瓷的发展历史和现状18
• 1.3 微波介质陶瓷的性能参数及调控18-26
• 1.3.1 介电常数18-23
• 1.3.2 品质因数23-25
• 1.3.3 谐振频率温度系数25-26
• 1.4 低温共烧陶瓷(LTCC)技术概述26-31
• 1.4.1 LTCC技术的特点和应用26-27
• 1.4.2 LTCC材料的制备工艺及性能要求27-30
• 1.4.3 LTCC技术存在的问题及发展趋势30-31
• 1.5 钒酸盐基LTCC微波介质陶瓷31-34
• 1.5.1 高介钒酸盐LTCC材料31-32
• 1.5.2 低介钒酸盐LTCC材料32-34
• 1.6 课题的提出及研究内容34-36
• 第二章 材料的制备和性能表征36-43
• 2.1 实验原料及实验仪器36-37
• 2.2 样品制备和工艺流程37-38
• 2.3 材料测试和性能表征38-43
• 2.3.1 密度测试38-39
• 2.3.2 X射线衍射分析(XRD)39
• 2.3.3 微观形貌分析(SEM)39
• 2.3.4 微波介电性能测试39-43
• 第三章 低损耗微波介质陶瓷ReVO_4(Re=La,Ce)和BaMg_2V_2O_8的制备与性能43-53
• 3.1 引言43
• 3.2 ReVO_4(Re=La,Ce)和BaMg_2V_2O_8陶瓷的制备工艺43-44
• 3.2.1 ReVO_4(Re=La,Ce)粉体的制备43
• 3.2.2 BaMg_2V_2O_8粉体的制备43-44
• 3.2.3 ReVO_4(Re=La,Ce)和BaMg_2V_2O_8样品的烧结44
• 3.3 结果与讨论44-52
• 3.3.1 物相分析44-46
• 3.3.2 微观形貌分析46-48
• 3.3.3 微波介电性能分析48-52
• 3.4 本章小结52-53
• 第四章 A位Sr~(2+)取代对Ba_(1-x)Sr_xMg_2V_2O_8陶瓷微波介电性能的影响53-63
• 4.1 引言53
• 4.2 Ba_(1-x)Sr_xMg_2V_2O_8(x=0-0.40)陶瓷的制备工艺53-54
• 4.3 结果与讨论54-61
• 4.3.1 物相分析54-56
• 4.3.2 微观形貌分析56
• 4.3.3 微波介电性能分析56-61
• 4.4 本章小结61-63
• 第五章 非化学计量对Ba_(1+x)Mg_2V_2O_8微波介电性能的影响63-69
• 5.1 引言63
• 5.2 Ba_(1+x)Mg_2V_2O_8(x=0-0.52)陶瓷的制备工艺63-64
• 5.3 结果与讨论64-68
• 5.3.1 物相分析64
• 5.3.2 微观形貌分析64-65
• 5.3.3 微波介电性能分析65-68
• 5.4 本章小结68-69
• 第六章 结论与展望69-71
• 6.1 结论69
• 6.2 展望69-71
• 参考文献71-82
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文82-83

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本文编号：755213