Ba6-3xLn8+2xTi18O54基微波介质陶瓷的改性及若干基础问题

论文摘要

Ba6-3xLn8+2xTi18O54陶瓷具有良好的微波介电性能,在介质谐振器中得到了广泛应用。本论文系统地研究了离子置换和烧结条件对Ba6-3xLn8+2xTi18O54陶瓷的相组成、晶体结构、微结构和介电性能的影响,探讨了性能与晶体结构以及微结构之间的关系,并在Ba6-3x(Sm1-yLa7)8+2xTi18O54（x=0.5）中发现了异常相变。除此以外,还利用热膨胀仪和傅立叶变换红外反射光谱对陶瓷的热膨胀性质、高温相变和本征介电响应等基本物理现象进行了研究。 系统地研究了La置换对Ba6-3xSm8+2xTi18O54（x=0.5,2/3,0.75）陶瓷的结构和微波性能的影响规律,并获得了良好的改性效果。在x=2/3的体系中,少量La置换可以改善Qf值,获得更优异的微波介电性能:y=0.1时,εr=81.5,Qf=9,510GHz,τf=+8ppm/℃C。此外,在x=0.5的体系中发现了一种全新的Ba16Ce32Ti64O192型相。 在Ba6-3x（Sm,La）8+2xTi18O54的基础上,通过La和Bi在A位的协同置换提高了Ba6-3xSm8+2xTi18O54陶瓷的介电常数,同时获得近零谐振频率温度系数和较高的品质因数。由于Bi3+具有特殊的孤对电子结构,对温度系数表现出不同于Ln的影响规律。 深入分析了气孔率、晶粒尺寸和形貌等微结构特点与微波介电性能的内在联系,并研究了退火条件对性能的影响。利用数字图像处理技术对晶粒尺寸和晶粒形貌等特征进行数字化表征,可以更加准确地反映出微结构特点。微结构对介电常数的影响主要来自于气孔率与晶粒取向。Qf值随烧结条件的变化主要取决于由晶粒尺寸和形貌控制的晶界效应。单相加压成型使晶粒具有一定程度的择优取向。由于晶体性能各向异性,τf随着择优取向的加剧倾向于由负向正变化。 通过XRD全谱拟合、综合热分析等手段,对Ba6-3x(Sm1-yLay)8+2xTi18O54（x=0.5）陶瓷中出现的异常相变进行深入细致的研究。相变属于同质异构型转变,相变前后晶体的化学组成不发生变化,晶体结构被重新调整。新形成的Ba16Ce32Ti64O192型结构中,A1和A2位离子形成了更有序的分布,增加了晶体结构的稳定性。相变只在烧结过程中发生,成分和压力是导致相变发生的两个关键因素。Ba16Ce32Ti64O192型陶瓷的微波损耗过大,不适于微波应用。但它的介电常数高,高频介电损耗小,如果能降低其介电常数温度系数,在低于108Hz的频率范围内具有很大的应用潜力。 利用推杆式热膨胀仪测量了Ba6-3xLn8+2xTi18O54陶瓷在20～1450℃范围的热膨胀曲线,并用工程热膨胀系数对其热膨胀性质进行表征。陶瓷试样在1380℃左右发生尺寸突变,并伴随明显的吸热效应,表明该温度下发生了一级可逆相变。经1400℃淬火处理后的陶瓷,其b轴和c轴与慢冷试样相比发生了伸长,而a轴略有收

论文目录

• Abstract
• 摘要
• 第一章 绪论
• §1.1 引言
• §1.2 微波介质谐振器
• §1.2.1 应用背景
• §1.2.2 基本原理
• §1.2.3 性能要求
• §1.3 微波介质材料
• §1.3.1 微波下的介电响应
• §1.3.2 微波介质陶瓷体系
• §1.4 新钨青铜结构微波介质陶瓷
• §1.4.1 相组成关系
• §1.4.2 晶体学特征
• §1.4.3 微波介电性能
• §1.5 课题的提出与研究内容
• 参考文献
• 6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄陶瓷'>第二章 La置换改性Ba_6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄陶瓷
• §2.1 前言
• §2.2 试样制备与测试
• §2.2.1 陶瓷样品的制备
• §2.2.2 相组成与微结构分析
• §2.2.3 微波介电性能评价
• §2.3 实验结果与讨论
• §2.3.1 烧结特性
• §2.3.2 微结构与相组成
• §2.3.3 微波介电性能
• §2.3.4 结构与性能的关系
• §2.4 结论
• 参考文献
• 6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄陶瓷'>第三章 La／Bi协同置换改性Ba_6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄陶瓷
• §3.1 前言
• §3.2 试样制备与测试
• §3.3 实验结果与讨论
• §3.4 结论
• 参考文献
• 6-3xLn_8+2xTi₁₈O₅₄陶瓷的微波介电性能与微结构的关系'>第四章 Ba_6-3xLn_8+2xTi₁₈O₅₄陶瓷的微波介电性能与微结构的关系
• §4.1 前言
• §4.2 实验过程与方法
• §4.3 结果与讨论
• §4.3.1 微结构随烧结温度的变化
• §4.3.2 微结构对微波介电性能的影响
• §4.4 结论
• 参考文献
• 2O₃-La₂O₃-TiO₂体系的异常相变'>第五章 BaO-Sm₂O₃-La₂O₃-TiO₂体系的异常相变
• §5.1 前言
• §5.2 实验过程与方法
• §5.3 结果与讨论
• §5.3.1 相组成关系和微结构特点
• §5.3.2 晶体结构
• §5.3.3 相变的特点
• §5.3.4 晶体结构稳定性的影响因素
• §5.3.5 介电性能
• §5.4 结论
• 参考文献
• 6-3xLn_8+2xTi₁₈O₅₄陶瓷的热膨胀和高温相变'>第六章 Ba_6-3xLn_8+2xTi₁₈O₅₄陶瓷的热膨胀和高温相变
• §6.1 前言
• §6.2 试样制备与测试
• §6.3 结果与讨论
• §6.4 结论
• 参考文献
• 6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄陶瓷的红外光谱分析'>第七章 Ba_6-3xSm_8+2xTi₁₈O₅₄陶瓷的红外光谱分析
• §7.1 前言
• §7.2 试样制备与测试
• §7.3 晶格振动模的对称性分类
• §7.4 红外反射光谱的解析
• §7.4.1 基本原理和步骤
• §7.4.2 实验结果与分析
• §7.5 结论
• 参考文献
• 第八章 总结
• 论文及专利清单
• 致谢