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采用固相反应法制备了lSr0.24La0.18Na0.18Nd0.4Ti0.6Al0.4O3+xLi2O(简写为 SLNNTA-xLi2O, x=1.0%, 2.0%, 4.0%, 8.0%, 质量分数)微波介质陶瓷。 通过 X 射线衍射仪、 扫描电子显微镜和矢量网络分析仪系统研究了不同质量分数 Li2O 烧结助剂对 SLNNTA 陶瓷的相成分、 显微结构、 烧结行为与微波介电性能的影响关系。 结果表明: 当 Li2O 掺杂质量分 数为1.0% ~4.0%时, SLNNTA 陶瓷体系仍可形成钙钛矿固溶体, 说明低含量 Li2O 添加可作为 SLNNTA 陶瓷的烧结助剂, 而当添加量增至8.0%时, 体系出现未知第二相; 此外, 与纯 SLNNTA 陶瓷的介电性能相比, 在不大幅恶化品质因数(Q·f ≈17360 GHz)和谐振频率温度系数(τf≈17.7×10-6℃-1)的基础上, 添加2%的 Li2O 可使 SLNNTA 致密化烧结温度降至1400 ℃, 同时保持了较高的相对介电常数(εr≈44.2)。 详细分析了 Li2O 掺杂对 SLNNTA 陶瓷的 烧结行为、 晶体结构、 显微形貌及微波介电性能的 影响关系。 研究发现 Li2O 掺杂量为2.0%(质量分 数)时助烧效果最好, 在保持较高相对介电常数 (εr)的同时, 并没有大幅恶化基体的品质因数(Q· f)与谐振频率温度系数(τf); 并将 SLNNTA 陶瓷的烧结温度从1580 ℃降低至1400 ℃。 然而, 当掺杂 质量分数增加至4.0%以上时, 体系介电损耗增加 明显, 这主要是由于 Li+的掺杂量和挥发性所致。 对于温度系数, Li2O 掺杂量增加, τf 值逐渐向正值 方向移动, 造成这一结果的原因主要是由于离子取 代造成了 A 位离子移动空间增加, 热效应的影响程 度加剧, 晶体结构稳定性降低等所致。 此外, 综合 Li2O 掺杂对 SLNNTA 陶瓷微波介电性能的影响可 以发现, 烧结助剂掺量和烧结工艺等对陶瓷基体的 烧结特性和性能有决定性作用, 因此今后应深入地 研究掺杂其他单一氧化物(如 V2O5、 Bi2O3 和 Sb2O3 等)烧结助剂对 SLNNTA 钙钛矿基体的低温 烧结机理, 以期获得烧结工艺和性能的共同改善。
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