两种Nd-Ti基中高介微波陶瓷制备及性能机理研究

《两种Nd-Ti基中高介微波陶瓷制备及性能机理研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号密级注1UDC(题名和副题名)(作者姓名)指导教师(姓名、职称、单位名称)申请学位级别学科专业提交论文日期2017.10.31论文答辩日期2017.12.06学位授予单位和日期201712月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。TheResearchOnTwoNeodymium-TitaniumOxidesBasedMediumAndHighRelativePermittivityMicrowaveCeramicsFabricationAndPropertyVariationMechanismADoctoralDissertationSubmitted

2、toUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaDiscipline:MicroelectronicsandSolid-stateElectronicsAuthor:HetuoChenSupervisor:Prof.ShurenZhangSchool:SchoolofMicroelectronicsandSolid-stateElectronics摘要摘要随着无线通讯的迅速发展以及物联网技术的日益普及，微波陶瓷器件在这些领域中的应用日趋广泛。例如RFID组件、谐振器、滤波器、振荡器、天线、介质基板等。微波器件尺寸小型化、低损耗、

3、和工作频率稳定性的要求日趋明显。电磁波在折射率为n(n)的材料中传播时，其等效波长为/n。器件尺寸要和r等效波长相当，故器件尺寸的小型化可以通过采用高介电常数陶瓷材料实现。r品质因数的倒数定义为材料的损耗，因此低损耗可以通过采用高品质因数的陶瓷材料实现。工作频率的稳定性可以由具有近零频率温度系数的陶瓷实现。尽管部分陶瓷表现出较高的介电常数和品质因数，但非零的频率温度系数阻碍了这些陶瓷的广泛应用。频率温度系数可以通过离子取代或者多相复合实现调零，但是在调零过程中，品质因数的变化规律却难以实现准确预测或计算。本论文依据Maxwell方程组，以典型的高介电常数陶瓷Ba3.75Nd

4、9.5Ti18O54和Ca0.61Nd0.26TiO3为研究对象，从理论上和实验上系统地研究了品质因数的计算方法，获得了规律性的研究结果。本论文取得的具有创新意义的研究成果主要包括：1)对于微波频段下电导损耗较高的陶瓷，通过不等价离子取代证实了品质因数和对于微波频段下电导损耗的关系：1'Q/()；2)对于微波频段下电导损耗较低的陶瓷，仅考虑极化损耗，基于经典Harmonicoscillator理论，推导出了多相复合陶瓷品质因数的计算公式kkkkjjQVQVnn11()/jj(rj)jrj。归纳梳理本论文的实验及理论研究过程，具体研究内容如下：''''1、

5、根据Maxwell方程组可知总损耗tan//()是由极化损耗和电'导损耗组成。当陶瓷微波频段下电导损耗较高时，tan/()，并据此设计了通过不等价离子取代降低陶瓷微波频段下电导损耗进而提升陶瓷品质因数的方案。根据Goldschmidt准则，以离子半径差、电负性差和价态差为标准，筛选出针对Ba3.75Nd9.5Ti18O54和Ca0.61Nd0.26TiO3陶瓷可以实现钛位离子取代的离子。2、通过传统固相合成法，在高微波频段下电导损耗较高的Ba3.75Nd9.5Ti18O54中引入低价Al3+取代，研究了该离子取代对陶瓷微波介电性能的影响。根据陶瓷Powde

6、rX-rayDiffraction(XRD)分析和精修，证实了小离子半径的Al3+固溶进了Ti4+位。根据X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)检测结果发现取代后的陶瓷表现出较低的电导率，同时陶瓷的品质因数随着微波频段下电导率的降低而降低，证实1'了微波频段下电导损耗和品质因数之间的联系：Q/()。根据I摘要Clausius-Mosotti方程探讨了平均离子极化率对介电常数非线性的控制关系。根据电容器模型，验证了频率温度系数和介电常数的线性关系，发现二者的比例约为常数1ppm/oC。Bao3.75Nd9.5(Ti0.917Al0.111)1

7、8O54陶瓷在1350C保温烧结2小时时表现出优良的微波性能：=73,Qf=13000GHz,=+5ppm/oC。rf3、通过固定Al3+取代含量，研究了Ba6-3xNd8+2xTi18O54陶瓷在x取不同值时微波介电性能变化规律。通过对比Al3+取代前后陶瓷的品质因数值发现：当x大于2/3时，陶瓷较易发生钛还原，通过Al3+取代可以有效抑制钛还原，进而提高陶瓷品质因数；当x小于2/3时，陶瓷微波频段下电导损耗远低于极化损耗。介电常数和频率温度系数在Al3+取代前