Mg2TiO4基微波介质陶瓷的制备与掺杂改性研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

微波即频率从300mhz到300ghz之间的电磁波，它的频率很高所以在不大的相对带宽下，其可用的频带很宽，可达数百甚至上千兆赫兹。这意味着微波能容纳的信息容量大，而且它的频率范围很宽、穿透性很强，所以在进行大容量传输的同时还可以进行高质量和远距离的传输。微波介质陶瓷是近二十年发展起来的一种新型的功能电子陶瓷，是指应用于微波频段（主要是uhf、shf频段）电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷，可以用来制作电介质谐振器、天线、电容、微电路的衬底和滤波器等，作用是帮助传输和接受特定频率的信号、屏蔽多余信号和宽带，提高信号质量。因此无论是军事还是民用，只要涉及微波通讯很难离开它。

自1939 年，richtmyer第一次提出“电介质谐振器” 的概念，并理论预测低损耗电 介质能代替金属腔谐振器后，电介质材料的理论和实验研究开始广泛展开，到了 80 年代初，电介质谐振器进入商业化生产。具有高的品质因子,谐振频率温度系数接近于零的微波介质材料已逐渐成为国内外材料研究工作者关注的热点之一。mgo-tio₂系列（尤其是偏钛酸镁mgtio₃和正钛酸镁mg₂tio₄）微波介质陶瓷,由于其介电损耗低、原料来源广泛、成本低廉、受到材料学者的极大关注，对其开展研究并取得了良好的进展。

1994年，sohn等人提出了(mg_0.95m_0.05)tio₃(m² =ni² ，co² ，mn² )系固溶体材料，通过在a位引入其他低熔点金属原子来降低mgtio₃材料的烧成温度，并从离子半径变化的角度对mgtio₃材料微波介电性能的影响加以考察。结果发现，mgtio₃材料的烧结温度均有不同程度的降低，且在1350c左右实现了致密化烧结。掺co时材料介电常数达到最小值16.8，但q值达到最大值，获得较好的烧结性能及介电性能。2002年，h.jantunen 等人通过添加 zno-sio₂-b₂o₃来降低烧结温度，其介电常数也急剧降低。之后，台湾黄诚良等人报道了采用固相反应法制备的(mg_0.95zn_0.05)tio₃系固溶体材料的微波介电性能：ε_r≈16.21，q·f ≈240000ghz，τ_f≈60ppm/c，同时还开展了一系列后续研究。mgtio₃基陶瓷主要用于工作在微波频段下通信、雷达和全球定位系统中的谐振器、滤波器和天线等元件，尤其是 0.95 mgtio₃-catio₃（简称 95mct）体系广泛应用于gps贴片天线等。2009年，wang等人通过对mgtio₃材料的a位进行锌离子和钴离子双元复合掺杂，获得了六方相掺杂的固溶体，制备出了具有优良微波介电性能且烧结温度范围较宽的微波介质材料(mg_0.6zn_0.4)_0.95co_0.05tio₃。其微波介电性能为：ε_r≈19.6，q·f ≈162000ghz，τ_f ≈65ppm/c。

2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容：

反尖晶石结构的mg₂tio₄具有优异的微波介电性能，ε_r≈14，q·f ≈150000ghz，τ_f≈50ppm/c，但其较负频率温度系数，较高的烧结温度以及易出现第二相影响了它的实际应用。论文采用固相合成法制备纯相mg2tio4粉体，尽可能制备出纯相mg₂tio₄微波介质陶瓷，在纯相基础上，研究离子掺杂对mg₂tio₄陶瓷组成、结构及微波介电性能的影响。研究烧结工艺如烧结温度、保温时间等对其烧结行为影响，确定合理的制备工艺。采用xrd、sem、微波介电测试等测试方法研究材料烧结工艺、组分变化对复合体系相组成、微观结构和微波介电性能的影响,探讨结构与性能之间的关系。

2.2技术方案：

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，并进行总结和综述，对论文题目形成较系统的认识。完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。完成开题报告，确定实验方法及技术路线。添置实验所需的材料、仪器和试剂，确定具体的实验方案和步骤；

第4-7周：按照设计方案，完成陶瓷材料的制备；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] yao g g, liu p. effects of lif addition on sintering behavior and microwave dielectric properties of (mg_0.95zn_0.05)₂(ti_0.8sn_0.2)o₄ ceramics[j]. ceramics international, 2012, 38(3):2239–2242.

[2] huang c l, chen j y, huang g s. a new low-loss dielectric using catio₃-modified (mg_0.95 mn_0.05)tio₃ ceramics for microwave applications[j]. journal of alloys and compounds, 2010, 499(1): 48-52.

[3] lei m, feng z, he z, et al. the tunability in (ba, sr)tio₃–mg₂tio₄ system[j]. ceramics international, 2015, 41(7):8791–8800.