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近年来,负热膨胀材料因其独特的热膨胀特性和广阔的应用潜力,在材料制备、热缩机理及应用研究各方面得到了长足发展,其性能得到了很大的改善。即便如此,负热膨胀材料的理论及应用研究仍然存在不少亟待解决的问题。介电陶瓷广泛应用于电容、存储、通信等器件中,但介电陶瓷和器件中其它材料热膨胀性能的差异可导致膨胀失配,从而影响器件的使用效果与寿命。针对此问题,本文使用负膨胀材料来调控介电陶瓷的热膨胀和介电性能。研究的主要内容、结果与创新点如下。1.可控热膨胀的复合介电陶瓷:SrTiO3/Zr2P2WO12选用负热膨胀性能较好的Zr2P2WO12(ZWP)改善介电陶瓷SrTiO3(STO)的热膨胀性能。采用固相烧结法制备出SrTiO3/Zr2P2WO12可控热膨胀介电陶瓷。研究结果表明,SrTiO3/Zr2P2WO12 的热膨胀系数(Coefficient of Thermal Expansion)在9.23×10-6 K-1～2.37×10-6 K-1范围内可调,介电常数在17.15～39.56范围内可调(1 MHz),耗散因子最小可调至0.002。性能调控后的复合材料在用于电子器件时可以与Si以及SiC等热膨胀系数较低的材料热匹配,解决了热失配的问题。2.高频介电陶瓷的制备及性能研究:SrTiO3/ZrMgMo3O12考虑到Zr2P2WO12烧结温度较高,原料中P2O5的吸水性在制备过程中会增加不确定性,本工作使用制备方法更简单环保、制作成本更低廉,并且负膨胀性能同样优良的ZrMgMo3012(ZMM)替代ZWP与STO进行复合。采用固相烧结法制备了热膨胀性能可控的SrTiO3/ZrMgMo3O12介电陶瓷。实验结果表明,复合材料的热膨胀系数可以从10.13×10-6 K-1调整到4.06×10-6 K-1。在10 MHz时,复合材料介电常数在40.70～21.17范围内可调控,同时,耗散因子介于1.17×10-4到79.7×10-4之间。尤其当ZrMgMo3O12体积分数为40%时,该复合陶瓷在10 MHz时,具有中等介电常数(28.95)以及较低的膨胀系数(6.53×10-6 K-1)和耗散因子(tanδ=1.17×10-4)。研究表明:SrTiO3/ZrMgMo3O12的介电性能可以满足高频介电陶瓷的应用,热膨胀性能可以与SiC相匹配。3.ZrMgMO3012对BaTi4O9介电性能的影响前面的研究中用ZMM替代ZWP制备复合材料,复合材料的介电性能获得了提升,进一步采用中等介电常数的BaTi4O9(BTO)替代STO与ZMM进行复合。采用固相烧结法制备了BaTi4O/ZrMgMo3O12复合材料,实验结果表明,BaTi4O9/ZrMgMo3012复合陶瓷的热膨胀系数随ZrMgMo3O12含量的增加而降低。当ZrMgMo3012的质量分数为50%时,热膨胀系数2.79×10-6 K-1,可降低到BaTi4O9膨胀系数的约1/3,且谐振频率温度系数降低至4.29×10-6K-1。分析表明,复合陶瓷介电性能的改变主要是由微观结构的变化和复杂的极化机理决定的。本工作通过热膨胀系数来降低谐振频率温度系数:τf=(?),不同于以往使用掺杂替代的方法来降低谐振频率温度系数。4.Sn元素对ZrMgMo3O12介电性能的影响通过以上对复合材料SrTiO3/Zr2P2WO12,SrTiO3/ZrMgMo3O12,BaTi4O9/ZrMgMo3O12性能的研究,发现负膨胀材料Zr2P2WO12和ZrMgMo3O12自身的介电性能有待提高。考虑到ZrMgMo3O12的应用效果优于Zr2P2WO12,因此接下来研究ZrMgMo3O12介电性能的提升。本工作中使用同为+4价的Sn部分替代ZrMgMo3O12中的Zr,来调节ZrMgMo3O12的介电性能。实验结果表明,制备出的 Zr1-xSnxMgMo3O12(x=0.05,0.10,0.15,0.20,0.25)不仅介电性能较ZrMgMo3012有了大幅提升,热膨胀性能也得到了调控,复合材料的性能和Sn的替换量以及烧结温度有一定的关系。对于相同的烧结温度来说,随着元素替换量的增加,热膨胀系数负向增大,热膨胀系数在近零膨胀(-0.24×10-6K-1)和负热膨胀(-8.16×10-6 K-1)范围可调节。ZrMgMo3O12的介电常数为5.5,加入Sn后,Zr1-xSnxMgMo3O12介电常数在130-155之间可以调控,耗散因子介于4.3×10-4到5.1×10-4之间。Sn的掺杂不仅大幅提升了ZrMgMo3O12的介电性能,同时还大范围调控了热膨胀系数,因此Zr1-xSnxMgMo3O12系列材料在高频介电陶瓷领域有很高的应用价值。