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MgTiO3-CaTiO3陶瓷体系具有优异的介电性能,是用于微波器件材料中重要的电介质陶瓷。当Mg∶Ca=95∶5时,即95MgTiO3-5 CaTiO3陶瓷具有中介电常数εr~21,高品质因数Q~8000(7GHz),并且频率温度系数τf-10~10 ppm/℃,是一种优异的微波介质材料。但是由于其烧结温度高(>1400℃),在实际应用中,不能达到与Ag,Cu等电极的共烧得目的。实验中,为了降低陶瓷烧结温度,分别从添加液相助烧剂,溶胶凝胶制备纳米MgTiO3陶瓷颗粒和以Zn2+取代Mg2+离子三方面进行研究。
(1)二元低共熔物ZnO-V2O5在680℃左右产生液相,以其对陶瓷进行助烧,使得95MgTiO3-5 CaTiO3陶瓷的烧结温度从1350℃降低至1200℃。研究了不同工艺条件对中间相MgTi2O5的含量的影响。结果表明,在600℃充分排胶以后,提高升温速率为10℃/min,升温至1200℃,保温3hrs.,陶瓷烧结体的体积密度达到理论密度的97%,MgTi2O5的相对含量为19.5%。在该条件下,陶瓷的介电常数εr=16.45,介电损耗为tanδ=1.87×10-3(1.23MHz)。
(2)利用(CH3COO)2Mg·4H2O和Ti(OBu)4为原料,采用溶胶-凝胶法制备MgTiO3纳米粉体。干凝胶在700℃煅烧2hrs.后得到粒度均匀的纳米MgTiO3粉体,平均粒径约为100nm。以纳米MgTiO3粉体掺杂固相合成95MCT陶瓷,大小颗粒相互匹配,获得很好的烧结性能。当纳米粉体掺杂量在20mo1.%时,陶瓷的烧结温度能降低到1250℃,并且得到εr=19.3,tanσ=1.31×10-3(1.23MHz)。
(3)在(Mg1-xZnx)TiO3-CaTiO3中,以Zn2+取代Mg2+离子(x=0~0.5)。当x=0.5时,即MZCT-5陶瓷的烧结温度降低为1200℃,并且ZnO的加入使得主晶相MgTiO3峰值增强,陶瓷获得最佳的介电性能:εr=20.1,tanδ=1.84×10-3(1.23MHz)。
为了进一步降低烧结温度,以ZnO-V2O5对陶瓷进行掺杂,使陶瓷的烧结温度降低至1000℃,满足了在低温下与Ag,Cu电极共烧的条件。在1.23MHz下,陶瓷的介电性能为:εr=14.1,tanδ=1.53×10-3。