基于bltn微波介质陶瓷掺杂改性研究

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1、清华大学基于BLTN微波介质陶瓷掺杂改性研究(申请清华大学工程硕士专业学位论文)培养单位：材料系工程领域：材料工程申请人：刘卓指导教师：李勃副研究员联合指导教师：郭海高级工程师二○一七年五月StudyonthedopingmodificationbasedontheBLTNmicrowavedielectricceramicsThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementfortheprofessionaldegreeofMasterofEngi

2、neeringbyLiuZhuo(MaterialsEngineering)ThesisSupervisor:ProfessorLiBoAssociateSupervisor:SeniorEngineerGuoHaiMay,2017摘要摘要随着微波通讯技术的发展，微波介质陶瓷作为介质谐振器、滤波器等微波元器件的关键材料，高性能的微波介质陶瓷已经得到了人们广泛的关注和研究。本论文以高温固相法制备了Ba3La2Ti2Nb2O15（BLTN）基微波介质陶瓷，研究了BLTN微波介质陶瓷的制备工艺、微观结构和微波介电性能，通过离子取代和掺杂改性的方法

3、来探索改善BLTN陶瓷的微波介电性能。本实验探究了预烧温度、球磨时间和烧结温度等工艺参数对BLTN陶瓷的微波介电性能的影响。通过对比不同温度预烧后的粉料粒径分布和BLTN陶瓷微波介电性能，最终确定最佳预烧温度为1200℃；通过比较不同球磨时间后的粉体粒径大小比较球磨效率，最终确定行星球磨时间为6小时；通过探究不同温度烧结后的BLTN陶瓷微观形貌和微波介电性能，最终确定烧结温度为1440℃。本实验通过A位Nd3+离子取代La3+和B位Ta5+离子取代Nb5+来探究BLTN陶瓷的微观晶体结构和微波介电性能的关系。在Ba3+3La2-xNdxTi

4、2Nb2O15中，当Nd离子取代量x大于0.4时，BLTN陶瓷中出现正交二次相，导致其介电常数εr从48增加到62，品质因数Q×f出现大幅下降，τf从3.6ppm/℃向负方向移动到−20ppm/℃；在Ba5+3La2Ti2Nb2-xTaxO15中，当Ta离子取代量x=1时，由于Ta2O5的熔点较高，BLTN陶瓷在1460℃并没有烧结成瓷，当x=0.2时得到良好的微波介电性能，εr=50.3，Q×f=12400GHz（5.07GHz），τf=−1.8ppm/℃。为了改善BLTN陶瓷的微波介电性能同时降低其烧结温度，本实验通过添加低熔点的氧化物

5、的方法，向BLTN陶瓷中添加质量分数0.2%~1%的ZnO、Bi2O3、CuO和CaCO3等氧化物。当掺杂量为0.2%时，BLTN陶瓷的微波介电性能较好，随着掺杂量的升高，微波介电性能会有所下降。当掺杂0.2%的Bi2O3时得到良好的微波介电性能，εr=53.4，Q×f=13500GHz（4.71GHz），τf=−2.0ppm/℃。关键词：微波介质陶瓷；Ba3La2Ti2Nb2O15；制备工艺；离子取代；掺杂改性IAbstractAbstractWiththedevelopmentofthemicrowavecommunicationtec

6、hnology,microwavedielectricceramicsarethekeymaterialsappliedinthemicrowavecomponentssuchasthedielectricresonatorandthemicrowavefilter.Themicrowavedielectricceramicswithgreatpropertieshavewidelyattractedattentionsandresearches.TheBa3La2Ti2Nb2O15（BLTN）microwavedielectriccera

7、micswerepreparedbysolidstatereactionmethodinthispaper.Thepreparationprocessing、microstructureandmicrowavedielectricpropertiesoftheBLTNceramicswereinvestigated.ThewaysoftheionsubstitutionandthedopingmodificationhavebeenexploredtoimprovethemicrowavedielectricpropertiesofBLTN

8、ceramics.Theeffectsoftheprocessingparametersforexamplethepre-sinteringtemperature、milling