微波调谐铁电材料的研究

论文摘要

钛酸锶钡的介电常数可以随外界电场而变化，在相控阵天线，移相器及可调谐滤波器等方面具有广阔的应用前景。钛酸锶钡还可以用于高梯度加速器，包括直线对撞机的大功率微波开关，电控移相器及介质加速器结构的调谐层。尽管纯钛酸锶钡的调谐率很高，但存在介电常数大，介电损耗高的缺点，大的介电常数会导致阻抗匹配困难，因而必须降低钛酸锶钡的介电常数和介电损耗而保持较高的调谐率。形成铁电-介电复合物是降低钛酸锶钡的介电常数而保持较高调谐率的有效方法。本论文利用固相反应法合成了Ba0.5Sr0.5TiO3/MgO/Mg2TiO4复合陶瓷和BST/MgO/Mg2SiO4陶瓷，研究了两者的调谐率及微波介电性能，并研究了Mn掺杂对两类陶瓷性能的影响。结果表明，Ba0.5Sr0.5TiO3/MgO/Mg2TiO4和BST/MgO/Mg2SiO4复合陶瓷是由铁电相的BST和介电相的MgO和Mg2TiO4或Mg2SiO4组成。由于铁电性被稀释，复合陶瓷的介电常数明显降低。在Ba0.5Sr0.5TiO3/MgO/Mg2TiO4陶瓷中，固定Ba0.5Sr0.5TiO3含量不变，随Mg2TiO4含量的增加及MgO含量的降低，复合陶瓷的介电常数和调谐率增加，同时其品质因数Q×f降低。Ba0.5Sr0.5TiO3/MgO/Mg2TiO4微波频率下的介电常数在123.0-156.5范围，在10kHz，3.9kV/mm下的调谐率为14.4-28.5%，表明Ba0.5Sr0.5TiO3/MgO/Mg2TiO4是很有希望的低介电常数微波调谐材料。在BST/MgO/Mg2SiO4系列陶瓷中，固定BST的含量不变，随Mg2SiO4含量的增加及MgO含量的降低，复合陶瓷介电常数减小，调谐率增加。BST/MgO/Mg2SiO4的Q×f值普遍较Ba0.5Sr0.5TiO3/MgO/Mg2TiO4高。 Mn掺杂的BST/MgO/Mg2TiO4陶瓷和BST/MgO/Mg2SiO4陶瓷有更优良的介电性能。Mn掺杂对材料的介电常数影响不大，但是掺杂达到一定程度，可以使调谐率有一定程度的增加。同时，Mn掺杂的50Ba0.5Sr0.5TiO3/10MgO/40Mg2SiO4陶瓷Q×f升高，少量Mn掺杂（<0.75mol%）的40Ba0.4Sr0.55TiO3/12MgO/48Mg2TiO4陶瓷，Q×f值也升高。说明适量的Mn掺杂可以使材料的微波性能得到提高。本论文的研究表明，BST三相复合陶瓷材料，与BST/MgO相比，可以在保持介电常数稳定的同时提高调谐率，是很有希望的微波调谐材料。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 BST铁电材料概述
• 1.3 BST材料的研究进展
• 1.4 本论文的安排
• 2TiO₄复合陶瓷性能研究'>2 BST/MgO/Mg₂TiO₄复合陶瓷性能研究
• 2.1 复合陶瓷的制备与检测方法
• 2TiO₄三相复合陶瓷性能'>2.2 BST/MgO/Mg₂TiO₄三相复合陶瓷性能
• 2.3 本章小结
• 2SiO₄复合陶瓷性能研究'>3 BST/MgO/Mg₂SiO₄复合陶瓷性能研究
• 2SiO₄复合陶瓷的制备'>3.1 BST/MgO/Mg₂SiO₄复合陶瓷的制备
• 2SiO₄复合陶瓷的物相和性能'>3.2 BST/MgO/Mg₂SiO₄复合陶瓷的物相和性能
• 3.3 本章小结
• 4 Mn掺杂BST三相复合陶瓷性能研究
• 4.1 Mn掺杂BST三相复合陶瓷的制备
• 4.2 Mn掺杂BST三相复合陶瓷的物相及性能
• 4.3 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 本论文工作总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 1 攻读硕士学位期间发表论文目录