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微波介质陶瓷作为一种新型电子材料,在现代通信中被用作谐振器、滤波器、介质基片、介质天线、介质导波回路等,广泛应用于微波技术的许多领域,如移动电话、汽车电话、无绳电话、电视卫星接收器、卫星广播、军事雷达、无线电遥控等,越来越受到人们的广泛重视。Bi基焦绿石微波介质陶瓷材料,其具有烧结温度低、介电常数范围宽(20-200)等优点。本文采用固相反应法制备Bi2(Mg1/3Nb2/3)2O7微波介质陶瓷,研究了固相反应法的工艺条件,A位、B位和A、B位离子同时取代产生的氧空位对β-BMN陶瓷烧结温度、物相结构及介电性能的影响。
固相法合成Bi2(Mg1/3Nb2/3)2O7,通过差热分析和XRD确定了其预烧温度为850℃。研究了烧结温度和保温时间对Bi2(Mg1/3NB2/3)2O7陶瓷密度和介电性能的影响,当烧结温度为1000℃保温时间为5h时,陶瓷最致密,其最大密度值为7.66g/cm3,最大的介电常数εr=207和最小的介电损耗。Tanδ=0.00197(1MHz)。烧结温度比保温时间对陶瓷晶粒的影响更大。
对Bi2(Mg1/3Nb2/3)2O7陶瓷进行了A位、B位、A、B位共同取代研究。A位Li+、Y3+离子取代的陶瓷的最佳烧结温度为980℃,当Li+离子取代量≤0.1仍保持单一的单斜焦绿石相结构,无第二相出现。随Li+取代量增加,陶瓷的介电常数先减小后增大,介电损耗一直减小,其介电性能范围:εr=140-146、tanδ=0.0013-0.00146(1MHz);当x=0.1时取得最佳性能:εr=146,tanδ=0.00127(1MHz)。Y3+离子取代量≤0.4时未出现杂峰,Y3+取代量的增加,陶瓷的介电常数先增大后减小,介电损耗一直增大,其介电性能范围:εr=122-152、tanδ=0.00372-0.00612(1MHz);当x=0.1时取得最佳性能:εr=1.52,tanδ=0.00434(1MHz)。B位Sn4+取代烧结温度为960℃,Sn4+离子取代x≤0.25,仍保持单一的单斜焦绿石相结构,无第二相出现。Sn4+取代量增加介电常数先减小后增大,介电损耗先增大后减小,其介电性能范围:εr=120-155、tanδ=0.0011.0.00225(1MHz);当x=0.25时取得最佳性能:εr＝155,tanδ=0.0011(1MHz)。Ti取代的陶瓷的最佳烧结温度为980℃,Ti4+离子取代量≤0.2时,未出现杂峰,当Ti4+离子取代量为0.25时,部分单斜相转变为立方相。随着Ti4+取代量的增加,陶瓷的介电常数和介电损耗先增大后减小,其介电性能范围:εr=120-155、tanδ=0.000052-0.00203(1MHz);当x=0.1时取得最佳综合性能:εr=124,tanδ=0.00092(1MHz)。
A、B位共同取代的(Bi2-xLix)(Mg2/3Nb1.833Sn0.15)O7陶瓷的最佳烧结温度为960℃,取代量Sn4+=0.15、0＜x≤0.1时也未出现杂峰,仍保持单一的单斜焦绿石相结构,无第二相出现。随着Li+加入量的增加,陶瓷的介电常数一直减小而介电损耗先减小后增大,其介电性能范围:εr＝162－207,tanδ=0.00009－0.00245(1MHz):当x=0.025、Sn4+=0.15时取得最佳性能:εr=163,tanδ=0.00009(1MHz)。Bi1.8Y0.2(Mg1/3Nb2/3-xSnx)2O7最佳烧结温度为960℃,Y3+=0.2、O＜x≤0.25时,陶瓷样品的物相结构仍保持单一的单斜焦绿石相结构,无第二相出现。随着Sn4+取代量的增加,陶瓷的介电常数先减小后增大而介电损耗先增大后减小,其介电性能范围:εr＝122－140,tanδ=0.00009－0.00182(1MHz);当x＝0.15、Y3+＝0.2时取得最佳综合性能:εr=140,tanδ=0.0009(1MHz)。