两类新型硅酸盐陶瓷结构与微波介电性能研究

发布时间：2020-04-24 05:04

【摘要】：微波介质陶瓷材料是一种新型的多功能基础材料,在通信系统设备中作为功能元器件的基础元件使用,如:介质谐振器、滤波器、微波基板、介质天线等。硅基微波介质陶瓷具有低损耗、谐振频率温度系数可调和低介电常数等优点,满足通信设备小型化、高频化和低成本化的市场需求,引发了国内外科研团队的关注。本文对两类新型低介电常数硅酸盐材料的微观结构与微波介电性能进行研究。通过XRD、SEM、Raman以及矢量网络分析仪等测试方法,研究烧结制备工艺、微观结构与缺陷等因素对材料微波介电性能的影响。本文的主要内容如下:(1)采用固相法合成磷灰石结构硅酸盐Ca_(1-x)Sr_xLa_4Si_3O_(13)陶瓷。XRD和Rietveld结构精修表明,CaLa_4Si_3O_(13)是六方晶系结构,属于空间群P63/m(176)。SiO_4四面体构成晶体的基本骨架,Ca和La离子占同一个晶格位,与周围的O形成两种不同配位的多面体结构。Raman光谱分析表明,CaLa_4Si_3O_(13)晶胞是由SiO_4四面体、La-O和Sr-O多面体连接组成,且检测到氧空位的振动光谱。结合密度和SEM数据可知,当CaLa_4Si_3O_(13)陶瓷在1400℃下烧结4小时时,致密度最大,晶粒表面清晰且晶粒尺寸大小均匀。在掺杂一定量的Sr离子后,衍射角发生偏移。随着Sr离子掺杂含量的不同,陶瓷样品的最佳烧结温度也有所不同。样品的Q×f值和介电常数e_r在不同烧结温度下的曲线与致密度曲线有相关性。当Ca_(1-x)-x Sr_xLa_4Si_3O_(13)陶瓷在1400℃下烧结4h,纯相(即x=0时)的CaLa_4Si_3O_(13)陶瓷的微波介电性能最佳:e_r=14.5,Q×f=31100GHz(at 9.05 GHz),τ_f= 21ppm/℃。(2)采用固相法合成两种三硅酸盐AY_2Si_3O_(10)(A=Sr,Ba)陶瓷。XRD和Rietveld精修结果表明,SrY_2Si_3O_(10)的衍射图谱与ICSD 167613匹配,为三斜晶系结构,属于P~_1空间群。三聚体[Si_3O_(10)]~(8-)中的Si-Si-Si角为133.5°;BaY_2Si_3O_(10)的衍射图谱与ICSD 240470匹配,是单斜晶系结构,属于P2_1/m空间群,三聚体[Si_3O_(10)]~(8-)中的Si-Si-Si角为96.1°。A离子半径大小对三聚体[Si_3O_(10)]~(8-)的挤压作用力不同,导致这两种三硅酸盐的空间结构不同。当SrY_2Si_3O_(10)陶瓷在1425℃烧结4h时,密度最大,气孔率最低且晶粒形貌清晰,尺寸均匀,微波性能最好:e_r=9.3,Q×f=64100GHz(at 14.1GHz),τ_f=-31ppm/℃。当Ba Y_2Si_3O_(10)在1425℃烧结4小时时,密度最大,但Q×f稍微下降,这与晶粒尺寸是否均匀、样品中是否存在液相等因素有关。因此当烧结温度为1425℃时获得最佳微波性能:e_r=9.6,Q×f=65600GHz(at 12.5GHz),τ_f=-28ppm/℃。
【图文】：

杭州电子科技大学硕士学位论文和器件的热情。美国的宾州州立大学(The Pennsylvania State U古屋大学(Nagoya University)、英国的谢菲尔德大学(The U)等，，这些国外的研究微波陶瓷的高校团队，取得了不错的研究大学李龙土院士课题组、浙江大学陈湘明教授课题组、上海硅科技大学等团队在科研也取得不错的进展[21]。同时，通过统计陶瓷论文数量可以从侧面体现出研究的热度。以“microwav”为检索词，在 Web of Science 数据库中统计的的论文研究数示：

陶瓷论文数量可以从侧面体现出研究的热度。以“microwav”为检索词，在 Web of Science 数据库中统计的的论文研究数示： 1.1 以“microwave dielectric ceramics”为检索词统计 SCI 论文数量曲 1.1 中可以看出，每年都有大量的研究机构在探索微波介质陶错的科研成果，论文数量整体呈现上升的趋势。
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ174.1

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本文编号：2638558