纳米添加剂对Ba(Mg1/3Ta2/3)O3微波陶瓷介电性能的影响研究

论文题目: 纳米添加剂对Ba(Mg1/3Ta2/3)O3微波陶瓷介电性能的影响研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 微电子学与固体电子学

作者: 王伟

导师: 吴顺华

关键词: 纳米粉体,微波介电性能,晶格振动模,湿化学合成工艺,均匀设计,多重线性回归分析

文献来源: 天津大学

发表年度: 2005

论文摘要: Ba(Mg1/3Ta2/3)O3（BMT）陶瓷是中低εr类微波介质陶瓷材料中最优秀的典型代表,也是目前卫星通讯等高频领域所用的主要介质材料,因而成为当前国际上微波介质陶瓷研究与应用领域的热点之一。本论文工作从材料的微观结构出发,分析探讨BMT陶瓷介电损耗与谐振频率温度系数（τf）的内在机制与影响因素,以此为基础通过掺杂纳米添加剂对BMT系统介质陶瓷进行改性研究,主要研究目的是希望获得同时具有良好烧结性能与优异微波介电性能的BMT系统微波介质材料。1.对BMT陶瓷介电性能的理论研究进行了总结分析:材料在微波频率下的介电损耗分为内部损耗与外部损耗,内部损耗取决于材料的化学结构组成与晶体结构,外部损耗主要取决于材料的显微结构;材料的介电常数温度系数（τε）不仅与材料的化学组成有关,还会受到材料晶体结构的影响,其原因在于晶体结构的改变直接影响到材料微观极化率的温度依赖性。2.使用多种金属离子以传统电子陶瓷工艺对BMT陶瓷进行掺杂改性,通过经典谐振子模型建立材料的离子物性参数与极性晶格振动模的联系,探讨分析了不同位置取代离子对材料性能的作用影响及规律:BMT系统的εr与τf主要取决于材料的低频区极性晶格振动模的特性变化,系统的内部损耗则取决于所有极性晶格声子的非谐效应,通过掺杂取代可调整原BMT体系极性晶格振动模的特性,进而改善材料的微波介电性能。3.将Sn4+与Mn2+分别以纳米粉体和溶液的形式对BMT系统陶瓷进行掺杂改性,获得了具有良好烧结性能与优异微波介电性能的BMT-BS系微波介质陶瓷材料:掺杂1.5 mol%Mn的0.85BMT-0.15BS系统在1450℃保温4h后的τf近似为0ppm℃-1,体密度达到7.33g/cm3,εr为24.9, Q×f值为1.85×105GHz。4.采用液相包覆—界面反应的方法在800℃下经济高效地合成出成份均匀、纯度较高、具有良好烧结活性的BMT纳米粉体,通过均匀设计与多重线性回归对以纳米BMT粉体作为添加剂改善BMT体系烧结性能的研究进行了优化分析,在1550℃下保温4h的含8.5wt%添加剂的BMT样品的相对密度达到93.80%,微波介电性能为:εr=24.8;τf=6ppm℃-1;Q×f= 1 .24×105GHz。

论文目录:

第一章 绪论

1.1 现代通信技术与微波介质陶瓷

1.2 微波介质陶瓷材料的发展历史

1.3 微波介质陶瓷材料的介电性能

1.3.1 介电常数

1.3.2 品质因数

1.3.3 谐振频率温度系数

1.3.4 微波介质陶瓷材料的性能要求

1.4 微波介质陶瓷材料的应用

1.4.1 微波介质陶瓷材料在微波瓷介电容器方面的应用

1.4.2 微波介质陶瓷材料在微波介质谐振器中的应用

1.4.2.1 介质谐振器简介

1.4.2.2 介质谐振器性能参数

1.4.2.3 介质谐振器的应用

1.4.3 微波介质陶瓷材料在介质滤波器中的应用

1.4.4 微波介质陶瓷材料在微波介质基板中的应用

1.4.4.1 平面介质天线

1.4.4.2 基板一体化微模组件

1.4.4.3 带状线滤波器

1.5 常见的微波介质陶瓷系统

1.5.1 BaO TiO_2体系

1.5.2 BaO Ln_2O_3 TiO_2体系

1.5.3 MgO TiO_2体系

1.5.4(Zr,Sn)TiO_4体系

1.5.5 A(B'_(1/3)/ B''_(2/3) )O_3复合钙钛矿体系

1.6 研究课题背景与内容

第二章 湿化学法合成 BMT 超细粉体与 BMT 系统介电性能研究

2.1 BMT 超细粉体的湿化学法制备

2.1.1 沉淀法

2.1.2 水解法

2.1.3 溶胶 凝胶法

2.1.4 微乳液法

2.1.5 小结

2.2 BMT 系统介电性能研究

2.2.1 微波介电损耗

2.2.2 谐振频率温度系数

2.2.3 小结

2.3 本章结论

第三章 改性 Ba(Mg_(1/3)Ta_(2/3))O_3微波介质陶瓷介电性能的研究

3.1 前言

3.2 实验部分

3.2 1 样品制备

3.2.2 分析测试

3.2.3 离子物性参数说明

3.3. 结果与讨论

3.3.1 BMT陶瓷 A位Sr~(2+)、La~(3+)取代固溶

3.3.2 BMT 陶瓷 B'位 Ni~(2+)、Mn~(2+)取代固溶

3.3.3 BMT 陶瓷 B 位 W~(6+)、Sn~(4+)、Zr~(4+)取代固溶

3.3.3.1 W~(6+)取代固溶

3.3.3.2 Sn~(4+)、Zr~(4+)取代固溶

3.4 本章结论

第四章 BaSnO_3纳米粉改性 Ba(Mg_(1/3)Ta_(2/3))O_3介质陶瓷的研究

4.1 前言

4.2 实验部分

4.2.1 BaSnO_3纳米粉体的合成

4.2.2 BaSnO_3普通粉体的合成

4.2.3 BMT-BS 样品的制备

4.2.4 测试分析

4.3 结果与讨论

4.3.1 BMT-BS 样品的结构性能研究

4.3.2 Mn~(2+)掺杂 BMT-BS 系统的性能研究

4.4 本章结论

第五章 BMT 纳米粉体对 Ba(Mg_(1/3)Ta_(2/3))O_3烧结及微波介电性能的影响

5.1 前言

5.2 液相包覆法合成 BMT 纳米粉体

5.2.1 引言

5.2.2 实验部分

5.2.3 结果与讨论

5.2.4 小结

5.3BMT 纳米复合粉体烧结及产物介电性能的研究

5.3.1 引言

5.3.2 部分因子实验法简介

5.3.3 实验方法与分析测试

5.3.3.1 实验过程

5.3.3.2 测试分析

5.3.3.3 建模方法

5.3.4 结果与讨论

5.3.4.1 配方工艺数学模型的建立

5.3.4.2 配方工艺优化分析

5.3.4.3 纳米 BMT 粉体对系统结构及性能的影响

5.3.5 小结

5.4 本章结论

第六章 全文总结

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢

发布时间: 2006-05-24

参考文献

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