添加剂对钛酸镁锌陶瓷材料性能的影响文献综述

 2021-09-25 08:09

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文 献 综 述

微波介质陶瓷[1-2](MWDC)是近几十年发展起来的-种新型电子材料。广泛应用于微波技术的许多领域,如移动电话、卫星广播、无线电遥控等。它具有低损耗、低温度系数、低热膨胀系数等优点。在谐振器、滤波器等器件中采用这种材料,可解决体积过大的问题。此外,MWDC不仅成本低,而且还可以通过改变扮体配方及工艺来达到改性目的,从而实现微波设备的小型化、高性能化和廉价化。

微波介质陶瓷是指应用于微波频段电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷,是现代通讯中广泛使用的谐振器、滤波器、介质基片、介质导波回路等微波元器件的关键材料[3-5]。介质滤波器在光通信中也是必不可少的电子器件。例如,利用光缆传送的光信号必须经过光接收器才能转换为所能接受的电信号。微波介质谐振器与金属空腔谐振器相比,具有体积小、质量轻、温度稳定性好、价格便宜等优点。目前,微波介质陶瓷发展十分迅猛,已在便携式移动电话、汽车电话、无绳电话、电视卫星接受器、军事雷达及全球卫星定位系统(GPS)等方面有着十分重要的应用,在现代通讯工具的小型化、集成化过程中正发挥着越来越大的作用[6-7]

电信技术例如移动电话和无线局域网的显著发展是由于电解质材料贡献所产生的。电解质材料拥有高特性因数(Q),相对于较低的介电常数以及较小的频率温度系数对于微波应用技术具有较高的要求[8]

ZnTiO3是一种非常重要的微波电解质材料,并且展现出优良的微波特性,以及较低的烧结温度。但是当烧结温度超过945℃时,将分解为TiO2与Zn2TiO4并且具有非常低的质量因数[9]

HaGa等人已经研究出了具有低频以及微波特性的(1x)ZnTiO3-xTiO2,但是仅仅成功的发现了一个具有0介电常数的组成成分,由于分解ZnTiO3需要在比较高的烧结温度[10]。Chang等人已经稳定了在ZnTiO3中掺杂MgO的阶段,但是这种产物的微波属性并不太令人满意:Q≈1700(8GHz),介电常数≈-8510ppm/℃ 。Kim等人还研究了有关(Zn1-xMgx)TiO3的微波陶瓷,但是由于使用硝酸盐作为初始材料,以至于产物最终分解为污染物[11-14]

(Zn1-xMgx)TiO3物质中的x=0-0.5时的微波属性和晶体结构。ZnTiO3与MgTiO3的晶体结构是一个空间群为R3的菱形对称的晶体结构。MgTiO3与ZnTiO3的晶格参数各自分别是a=5.0787A, c=13.9271A与a=5.054A, c=13.898A。因为ZnTiO3与MgTiO3都有钛铁矿的结构,所以钛酸锌镁固溶体相比较是容易形成。所以锌离子的位置比较容易被镁离子所替代,并且形成(Zn1-xMgx)TiO3的固溶体。MgTiO3的六方晶系非常稳定,所以MgTiO3可以抑制ZnTiO3分解为有害产物[15-16]

通过ZnTiO3相与MgTiO3相的相互掺杂,可以得到稳定的(Zn1-xMgx)TiO3相,(Zn1-xMgx)TiO3的主体材料可以在900温度下合成,同时并且表现出优良的微波属性[17]。通过对(Zn1-xMgx)TiO3主体材料加入一定数量的CaTiO3的改性,可以去补偿频率温度系数。(Zn0.65Mg0.35)TiO3通过添加入5wt%的CaTiO3可以表现出优良的微波特性:介电常数=24,Qf>45000GHz(8GHz),温度系数<10ppm/℃[18]

参考文献

[1] A.Anastasiou, M.H.J. Lee, C. Leach, et al. Ceramic varistors based on ZnOSnO2[J]. Journal of the European Ceramic Society, 2009, 24:11711175

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