MRAlO-,4-（M=Sr，Ca;R=La，Nd，Sm，Y）微波介質(zhì)陶瓷的基礎(chǔ)問題及其改性.pdf

1、系統(tǒng)地研究了屬于14/mmm空間群的MRAlO4(M=Sr，Ca；R=La，Nd，Sm，Y)基微波介質(zhì)陶瓷的制備，結(jié)構(gòu)、微波介電性能及其隨成分與結(jié)構(gòu)變化的規(guī)律，并基于上述規(guī)律對(duì)CaSmAlO4基陶瓷進(jìn)行了改性，取得如下主要結(jié)論與成果： 建立了一套包括開腔法和閉腔法的微波介電性能的測(cè)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)。對(duì)復(fù)介電常數(shù)的數(shù)值計(jì)算的算法進(jìn)行了改進(jìn)，大幅度提高了計(jì)算效率，從而間接地提高了計(jì)算精度，并利用改進(jìn)算法拓展了閉腔法的應(yīng)用范圍。 通

2、過XRD全譜擬合對(duì)MRAlO4(M=Sr，Ca；R=La，Nd，Sm，Y)陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行精修。AlO6八面體和(M,R)O9十二面體在c軸方向分別受到強(qiáng)烈拉伸和強(qiáng)烈壓縮，而在ab平面內(nèi)的情況則正好相反。層間尺寸失配和層間極化是造成多面體畸變的兩個(gè)主要原因，它們可以分別用結(jié)構(gòu)許容因子和氧八面體畸變程度(或者(M,R)O9中心陽離子與O(2a)原子面的距離)來衡量。隨著結(jié)構(gòu)許容因子的減小，(M，R)O9的畸變加劇，而AlO6的畸變基本保

3、持不變。根據(jù)鍵價(jià)理論的分析，SrYAlO4的不穩(wěn)定性和CaLaAlO4的亞穩(wěn)定性分別是由共同占據(jù)A位的兩種陽離子的離子半徑相差太大和離子價(jià)態(tài)相差太大造成的。 為了從極性聲子模的角度理解MRAlO4(M=Sr,Ca；R=La，Nd，Sm，Y)陶瓷的微波介電響應(yīng)的本質(zhì)，測(cè)量了MRAlO4陶瓷50～4000cm-1范圍內(nèi)的紅外反射光譜，利用K-K關(guān)系、經(jīng)典諧振子模型對(duì)紅外數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并將紅外數(shù)據(jù)外推到微波頻段以估計(jì)本征微波介電損耗。

4、(M，R)-AlO6沿著ab平面的彎曲振動(dòng)模和沿著c軸的伸縮振動(dòng)模是對(duì)微波介電常數(shù)和介電損耗起主要貢獻(xiàn)的兩個(gè)模式。(M，R)O9十二面體的畸變極大地影響了這兩個(gè)模式的色散參數(shù)，從而決定了極化率和本證損耗，這就是MRAlO4實(shí)測(cè)的極化率大幅度偏離氧化物加和法則得到的預(yù)測(cè)值以及MRAlO4的Qf計(jì)算值隨著結(jié)構(gòu)許容因子的減小而減小的原因。減小本征介電損耗的關(guān)鍵是減小(M，R)O9十二面體的畸變。Qf計(jì)算值大大高于實(shí)測(cè)值，表明通過優(yōu)化微結(jié)構(gòu)還能

5、大幅度減小非本征損耗。 通過改變CaO、Sm2O3和Al2O3的配比，研究了CaSmAlO4基陶瓷的相組成及其對(duì)微結(jié)構(gòu)和微波介電性能的影響。在(2+2x)CaO·(1-x)Sm2O3·Al2O3(x=0.10，-0.05，0，0.05，0.10，0.20)陶瓷中，當(dāng)x>0時(shí)檢測(cè)到Ca3Al2O6和CaO第二相，而當(dāng)x≤0時(shí)則是SmmlO3和Sm2O3第二相。在(2+2x)CaO·Sm2O3·Al2O3(x=0.02，-0.01，

6、0，0.02，0.04)陶瓷中，當(dāng)x>0時(shí)檢測(cè)到CaSmAl3O7、CaO和Sm2O3第二相，而當(dāng)x≤0時(shí)，檢測(cè)到SmAlO3第二相。Ca3Al2O6和SmAlO3第二相會(huì)大幅度降低體系的Qf值，而CaSmAl3O7、CaO和Sm2O3第二相對(duì)體系的Qf值的不利影響很小甚至有利于Qf值的提高。在(2+2x)CaO·Sm2O3·Al2O3(x=0.02，0.03，0.04)陶瓷中獲得了優(yōu)異的微波介電性能：εr≈19，Qf=120，000-

7、125，300GHz，τf=-10～-9ppm/℃。 通過Ca/Ti協(xié)同置換對(duì)CaSmAlO4進(jìn)行改性，得到了Ca1+xSm1-xAl1-xTixO4(0≤x≤0.4)陶瓷。對(duì)于ca1+xSm1-xAl1-xTixO4主相而言，隨著X的增大，晶胞參數(shù)α和c分別線性地增大和減?。?Al，Ti)O6八面體的畸變略有減小，而(M，R)O9十二面體的畸變逐漸加大，后者是晶胞參數(shù)c減小的原因。Ca1+xSm1-xAl1-xTixO4陶瓷具

8、有良好的微波介電性能，尤其是當(dāng)0.06≤X≤0.2時(shí)(εr≈20，Qf=96，500～118,700GHz，τf=-8～2ppm/℃)。當(dāng)x=0時(shí)檢測(cè)到了少量的SmAlO3第二相，而當(dāng)X≥0.15時(shí)檢測(cè)到了微量的CaTiO3第二相；在x=0和0.02成分點(diǎn)1500℃燒結(jié)的樣品中觀察到晶粒的異常長(zhǎng)大。抑制這些微結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生有助于改善體系的微波介電性能。適當(dāng)加入過量的CaO，Ca1+xSm1-xAl1-xTixO4基陶瓷的微波介電性能得到進(jìn)一