Ba(B’1-3Nb2-3)O3(B ’=Mg,Zn,Ni,Co)基陶瓷的結(jié)構(gòu)與微波介電性能.pdf

1、通式為Ba(B'1/3B"2/3)O3的復(fù)合鈣鈦礦陶瓷是重要的微波介質(zhì)材料，作為諧振器和濾波器的關(guān)鍵材料，在微波通信技術(shù)中發(fā)揮著重要的作用。本學(xué)位論文通過燒結(jié)助劑、B位離子置換、退火處理以及熱處理氣氛對Ba(B'1/3Nb2/3)O3基陶瓷的結(jié)構(gòu)和微波介電性能進行調(diào)控，系統(tǒng)研究了離子有序、有序疇結(jié)構(gòu)以及離子價態(tài)與微波介電性能的關(guān)聯(lián)。
　　通過XRD法以及DTA法確定了Ba[(Zn0.4Co0.6)1/3Nb2/3]O3的有序-無序

2、相變溫度。0.25mol％的B2O3降低致密化溫度，從而提高離子有序度與Qf值。B2O3的添加量為0.5mol％時，導(dǎo)致離子有序度以及Qf值的降低。
　　揭示了Ni和Co置換對Ba(Mg1/3Nb2/3)O3的B位離子有序、有序疇結(jié)構(gòu)以及微波介電性能的影響規(guī)律。Ni置換促進有序疇的均勻成核而不利于有序疇的生長，導(dǎo)致有序疇減小以及離子有序度降低，從而降低Qf值。隨著Ni置換量增加，介電常數(shù)εr略微降低，諧振頻率溫度系數(shù)τf從正值向負

3、值近線性變化。Ni揮發(fā)導(dǎo)致離子價態(tài)變化，對離子有序以及微波介電性能產(chǎn)生一定的影響。退火熱處理對Ba[(Mg1-xNix)1/3Nb2/3]O3陶瓷的離子有序以及Qf值有顯著作用，獲得最優(yōu)Qf值的關(guān)鍵是選擇最佳的退火溫度。在最佳退火溫度下，退火處理促進有序疇長大，提高離子有序度，從而進一步提高Qf值，而使εr和τf向負方向變化。
　　揭示了Ni離子置換以及退火熱處理對Ba[(Mg1-xNix)1/3Nb2/3]O3拉曼光譜的影響規(guī)律

4、。采用簡單諧振模型，確定Ba(B'1/3B"2/3)O3的1∶2有序結(jié)構(gòu)拉曼振動模式歸屬。Ni置換對與Ba離子和O離子相關(guān)的振動模影響較大，而對Nb離子相關(guān)的振動模影響較小。退火熱處理使拉曼峰整體增強，主要拉曼峰藍移。F2g(Ba)模的強度與A1g(O)模的強度比與離子有序存在關(guān)聯(lián)，有序結(jié)構(gòu)更有利于F2g(Ba)模的增強。
　　Co置換Ba(Mg1/3Nb2/3)O3的結(jié)構(gòu)和微波介電性能的變化規(guī)律與Ba[(Mg1-xNix)1/3

5、Nb2/3]O3類似。選擇合適的溫度對Ba[(Mg1-xCox)1/3Nb2/3] O3陶瓷退火處理顯著地提高離子有序度，從而明顯地改善Qf值。重點研究熱處理氣氛對Ba[(Mg1-xCox)1/3Nb2/3]O3陶瓷微波介電性能的影響，在氮氣氛中熱處理得到的Qf值最高。X射線光電子譜(XPS)揭示了離子價態(tài)隨熱處理氣氛的變化及其對Qf值的作用，而εr和τf值受熱處理氣氛的影響不明顯。
　　通過Mg置換提高Ba[(Zn0.4Ni0.

6、6)1/3Nb2/3] O3的有序-無序相變溫度。隨著Mg置換量增加，離子有序度提高，從而提高Qf值。對Ba[(Zn0.25Ni0.45Mg0.3)1/3Nb2/3]O3陶瓷進行退火熱處理進一步改善其微波介電性能。
　　系統(tǒng)研究了Zr置換對Ba(Ni1/3Nb2/3)O3的結(jié)構(gòu)和微波介電性能的影響規(guī)律。隨著Zr置換量的增加，B位離子從1∶2有序轉(zhuǎn)變?yōu)?∶1有序，而1∶1有序度先提高后降低。退火熱處理提高了1％～2％Zr置換樣品的1

7、∶2離子有序度，否定了Zr對1∶2有序疇界的穩(wěn)定作用;而退火熱處理對5％～20％Zr置換樣品的1∶1離子有序影響很小，1∶1有序更符合空間電荷模型。少量的Zr置換使微波介電性能得到整體的改善，歸因于晶粒結(jié)構(gòu)的改善以及端點成分BaZrO3較大的εr和τf值。
　　在所研究體系中獲得如下的良好微波介電性能:
　　1)Ba[(Zn0.4Co0.6)1/3Nb2/3]O3+0.25mol％B2O3:εr=34, Qf=50,400

8、GHz,τf=5.5ppm/℃;
　　2)Ba[(Mg0.6Ni0.4)1/3Nb2/3]O3:εr=29.7, Qf=78,000 GHz,τf=9.8 ppm/℃;
　　3)Ba[(Mg0.2Co0.8)1/3Nb2/3]O3:εr=31.7,Qf=76,900 GHz,τf=3.8 ppm/℃;
　　4)Ba[(Zn0.25Ni0.45Mg0.3)1/3Nb2/3]O3:εr=31.9,Qf=56,500 GHz