Ｃｅ摻雜０.９４ＭｇＴｉＯ３-０.０６（Ｃａ０-８Ｓｒ０.２）ＴｉＯ３陶瓷的制備及微波介電性能

張帆 石桐 李金睿 王新 楊云洪

摘 要：為了提高ＭｇＴｉＯ３（Ｃａ０８Ｓｒ０２）ＴｉＯ３（ＭＴＣＳＴ）微波介質(zhì)陶瓷的品質(zhì)因數(shù)，通過ＳＥＭ、ＸＲＤ、拉曼光譜儀與ＸＰＳ分析手段，研究了Ｃｅ摻雜對ＭＴＣＳＴ陶瓷成分晶體結(jié)構(gòu)和微波介電性能的影響．結(jié)果表明：高價Ｃｅ３＋取代Ｍｇ２＋可使氧空位缺陷得到有效抑制，從而降低了微波介質(zhì)損耗，可使品質(zhì)因數(shù)得到較大提升．制備的陶瓷具有優(yōu)異的微波介電性能：介電常數(shù)為２０８，品質(zhì)因數(shù)為６１０００ＧＨｚ，諧振頻率溫度系數(shù)為－４９９×１０－６／℃．

關(guān) 鍵 詞：ＭｇＴｉＯ３（Ｃａ０８Ｓｒ０２）ＴｉＯ３陶瓷；Ｃｅ摻雜；納米粉體；化學(xué)沉淀法；低溫?zé)Y(jié)；氧空位補償；品質(zhì)因數(shù)；微波介電性能

中圖分類號：ＴＢ３４ 文獻標志碼：Ａ 文章編號：１０００－１６４６（２０２３）０４－０４１１－０７

５Ｇ通信技術(shù)的快速發(fā)展要求設(shè)備同時具有高數(shù)據(jù)傳輸速度、高可靠性和低信號延遲等性能．微波介電陶瓷是指工作于３００ＭＨｚ～３００ＧＨｚ頻段的新型電子材料，且須具備輕量化，抗溫性能好，使用壽命長，小型化的特點，適用于５Ｇ基站高度集成化和小型化的發(fā)展要求，可用來制作諧振器、濾波器、介質(zhì)基片、介質(zhì)天線等，廣泛應(yīng)用于移動電話、電視衛(wèi)星接收器、衛(wèi)星廣播、雷達、無線遙控等領(lǐng)域［１－３］．５Ｇ技術(shù)的不斷發(fā)展要求微波介電材料同時具有合適的介電常數(shù)（εｒ為５～２５）、高品質(zhì)因數(shù)（Ｑ×ｆ值大于５００００ＧＨｚ）和近零的諧振頻率溫度系數(shù)［４－５］．在所有中低介電常數(shù)的低損耗材料中，鈦鐵礦結(jié)構(gòu)的鈦酸鎂（ＭｇＴｉＯ３）具有良好的介電性能，因其品質(zhì)因數(shù)高、原料豐富、成本廉價而成為近年來應(yīng)用廣泛的微波介質(zhì)陶瓷材料．然而，ＭｇＴｉＯ３（ＭＴ）陶瓷的諧振頻率溫度系數(shù)為負值，且傳統(tǒng)固相反應(yīng)制備所需燒結(jié)溫度較高（１４５０℃），限制了其實際應(yīng)用［６－７］．混合兩種或多種諧振頻率溫度系數(shù)值相反的化合物得到混合相或固溶體是使諧振頻率溫度系數(shù)值接近零值的最有效方法之一．（Ｃａ０８Ｓｒ０２）ＴｉＯ３（ＣＳＴ）是一種可以調(diào)控ＭＴ基陶瓷且諧振頻率溫度系數(shù)值趨近于零的材料［６－８］．采用固相反應(yīng)法在１３００℃制備的０９４ＭｇＴｉＯ３００６（Ｃａ０８Ｓｒ０２）ＴｉＯ３ 復(fù)合陶瓷可獲得近零的諧振頻率溫度系數(shù)（－１２８×１０－６／℃）［８］，但其燒結(jié)溫度（１３００℃）仍然較高．在ＭＴ與ＣＳＴ復(fù)合制備陶瓷的燒結(jié)過程中會產(chǎn)生氧空位而增加介質(zhì)損耗，導(dǎo)致品質(zhì)因數(shù)降低．因此，如何在降低燒結(jié)溫度的同時，通過抑制氧空位的生成獲得較高的品質(zhì)因數(shù)，對制備具有優(yōu)異的微波介電性能的介質(zhì)材料來說是一個嚴峻挑戰(zhàn)．