Ｃｅ掺杂０.９４ＭｇＴｉＯ３-０.０６（Ｃａ０-８Ｓｒ０.２）ＴｉＯ３陶瓷的制备及微波介电性能

张帆 石桐 李金睿 王新 杨云洪

摘 要：为了提高ＭｇＴｉＯ３（Ｃａ０８Ｓｒ０２）ＴｉＯ３（ＭＴＣＳＴ）微波介质陶瓷的品质因数，通过ＳＥＭ、ＸＲＤ、拉曼光谱仪与ＸＰＳ分析手段，研究了Ｃｅ掺杂对ＭＴＣＳＴ陶瓷成分晶体结构和微波介电性能的影响．结果表明：高价Ｃｅ３＋取代Ｍｇ２＋可使氧空位缺陷得到有效抑制，从而降低了微波介质损耗，可使品质因数得到较大提升．制备的陶瓷具有优异的微波介电性能：介电常数为２０８，品质因数为６１０００ＧＨｚ，谐振频率温度系数为－４９９×１０－６／℃．

关 键 词：ＭｇＴｉＯ３（Ｃａ０８Ｓｒ０２）ＴｉＯ３陶瓷；Ｃｅ掺杂；纳米粉体；化学沉淀法；低温烧结；氧空位补偿；品质因数；微波介电性能

中图分类号：ＴＢ３４ 文献标志码：Ａ 文章编号：１０００－１６４６（２０２３）０４－０４１１－０７

５Ｇ通信技术的快速发展要求设备同时具有高数据传输速度、高可靠性和低信号延迟等性能．微波介电陶瓷是指工作于３００ＭＨｚ～３００ＧＨｚ频段的新型电子材料，且须具备轻量化，抗温性能好，使用寿命长，小型化的特点，适用于５Ｇ基站高度集成化和小型化的发展要求，可用来制作谐振器、滤波器、介质基片、介质天线等，广泛应用于移动电话、电视卫星接收器、卫星广播、雷达、无线遥控等领域［１－３］．５Ｇ技术的不断发展要求微波介电材料同时具有合适的介电常数（εｒ为５～２５）、高品质因数（Ｑ×ｆ值大于５００００ＧＨｚ）和近零的谐振频率温度系数［４－５］．在所有中低介电常数的低损耗材料中，钛铁矿结构的钛酸镁（ＭｇＴｉＯ３）具有良好的介电性能，因其品质因数高、原料丰富、成本廉价而成为近年来应用广泛的微波介质陶瓷材料．然而，ＭｇＴｉＯ３（ＭＴ）陶瓷的谐振频率温度系数为负值，且传统固相反应制备所需烧结温度较高（１４５０℃），限制了其实际应用［６－７］．混合两种或多种谐振频率温度系数值相反的化合物得到混合相或固溶体是使谐振频率温度系数值接近零值的最有效方法之一．（Ｃａ０８Ｓｒ０２）ＴｉＯ３（ＣＳＴ）是一种可以调控ＭＴ基陶瓷且谐振频率温度系数值趋近于零的材料［６－８］．采用固相反应法在１３００℃制备的０９４ＭｇＴｉＯ３００６（Ｃａ０８Ｓｒ０２）ＴｉＯ３ 复合陶瓷可获得近零的谐振频率温度系数（－１２８×１０－６／℃）［８］，但其烧结温度（１３００℃）仍然较高．在ＭＴ与ＣＳＴ复合制备陶瓷的烧结过程中会产生氧空位而增加介质损耗，导致品质因数降低．因此，如何在降低燒结温度的同时，通过抑制氧空位的生成获得较高的品质因数，对制备具有优异的微波介电性能的介质材料来说是一个严峻挑战．