论文摘要
伴随着现代无线通信技术日新月异的进步，微波通讯已逐渐构成现代通信技术最为重要的组成部分，而微波通讯中信息量的激增也促使通讯设施的工作频率向高端发展，从而催生了人们对高Q值、近零谐振频率温度系数的低介电常数（εr＜10）材料的关注。然而，介电常数εr＜10的介质材料一般都有着很大的负谐振频率温度系数τf，因而目前没有得到大范围的应用，还需要投入大量的研究力量。本文通过对(Mg1-xZnx)Al2O4（x=0～1.0）陶瓷微波介电损耗与结构的研究以及对其红外反射谱的分析，探究了材料的组成、微结构等因素与介电性能的关系，并从理论上预测了材料的损耗极限，推断出非本征因素对材料介电性能的影响。首先，通过固相反应法烧结合成了(Mg1-xZnx)Al2O4（x=0～1.0）固溶体，并在1550℃到1700℃的高温下烧结3小时得到致密的陶瓷。XRD图谱显示，这些陶瓷样品在整个组成范围内均形成了单相的尖晶石结构。随着Zn的加入，(Mg1-xZnx)Al2O4陶瓷的Qf值显著地增大，并在x=1.0时达到最大值106000GHz，同时介电常数εr也逐渐从7.90增大到8.56，而材料的的谐振频率温度系数τf也从-73ppm／℃减小到-63ppm／℃。对(Mg1-xZnx)Al2O4陶瓷而言，过高的烧结温度和较大的负谐振频率温度系数仍然是其亟需攻克的问题。继而，通过Kramers-Kroning关系及经典谐振子模型对(Mg1-xZnx)Al2O4陶瓷的红外反射光谱进行了深入的分析。在尖晶石结构(Mg1-xZnx)Al2O4陶瓷中，本征介电损耗主要源自于A位阳离子与O2-离子之间化学键的折叠和伸缩振动，而Mg2+和Zn2+离子的并存对材料的介电性能有不利的影响，因为两种不同的A位阳离子造成了化学键的不对称。拟合计算得到的(Mg1-xZnx)Al2O4陶瓷的Qf值（105GHz）也远大与实际测得的Qf值（104GHz），这说明材料优异的介电性能还没有得到充分的体现，只要能有效抑制陶瓷的非本征损耗，Qf值还能有很大程度的提高，而两端的材料因为结构上的更加完整，比固溶体表现出了更佳的性能。