淺談復(fù)合鈣鈦礦系微波介質(zhì)陶瓷

復(fù)合鈣鈦礦的研究涉及微波介質(zhì)陶瓷材料的很多方向，目前報道最多的是在典型復(fù)合鈣鈦礦材料基礎(chǔ)上進(jìn)行固溶體和摻雜改性研究，以及不同制備工藝和制備條件對材料的結(jié)構(gòu)、顯微形貌和性能的影響研究等。

把介電性能存在較大差異的兩種復(fù)合鈣鈦礦合成一定比例固溶體或用不同離子進(jìn)行復(fù)合鈣鈦礦的同位取代，都可以達(dá)到有效調(diào)控復(fù)合鈣鈦礦材料的介電性能的目的，類似研究在上世紀(jì)八九十年代尤其普遍。

隨著對材料性能要求的日益提高，人們開始著手研究進(jìn)一步提高材料介電性能的方法。

通過不同價態(tài)和離子半徑的氧化物或玻璃料的摻雜，可以在燒結(jié)過程中影響坯體致密化、改變晶體結(jié)構(gòu)有序程度和微波介電性能。不同摻雜物的作用效果迥異：多數(shù)玻璃摻雜物會因形成雜相，阻礙坯體的致密化；也有不多的幾種玻璃可以明顯改善坯體的致密程度和微觀形貌，從而使其微波介電性能得到提高。

還有很多人專注于降低復(fù)合鈣鈦礦材料燒結(jié)溫度，主要采取添加各種低熔點氧化物的方法。如，在不嚴(yán)重影響介電性能的前提下，加入 0.5mol%的 B2O3 或 0.25wt%的 V2O5 可以將 BMT 微波介質(zhì)陶瓷的燒結(jié)溫度降低到 1500℃；而要達(dá)到與銀電極低溫共燒要求，則需要加大摻雜量，犧牲優(yōu)異的介電性能，特別是 Q×f 值明顯劣化，一般會降低一個數(shù)量級左右。

隨著對復(fù)合鈣鈦礦微波介質(zhì)材料研究的逐漸深入與發(fā)展，圍繞復(fù)合鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的材料展開的微波器件設(shè)計、測試技術(shù)也越來越先進(jìn)，越來越多的人利用 X 射線、中子衍射、透射電子顯微術(shù)、近場微波顯微術(shù)、介電譜和光譜分析等現(xiàn)代技術(shù)，從晶體結(jié)構(gòu)和微結(jié)構(gòu)變化、離子的有序一無序相變、晶格中的聲子振動特性以及非化學(xué)計量比等方面展開研究工作，探討引起材料介電性能變化的機理。這些工作成果加深了人們對復(fù)合鈣鈦礦體系的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的理解。

其中，復(fù)合鈣鈦礦材料的 B 位離子有序一無序研究是最為重要的部分之一。

利用 XRD、HRTEM 和 FIR 等分析表征手段，利用一些控制離子有序度的方法和準(zhǔn)則，可以成功控制材料的離子有序度，并在材料的介電性能與有序度之間建立了一定的關(guān)系。多數(shù)新的有序度高的材料，其微波性能并不象 1:2 有序的 BMT 等復(fù)合鈣鈦礦材料那樣具有非常優(yōu)異的微波介電性能。在進(jìn)行新型高有序度離子排布的微波介電材料的開發(fā)過程中，更多地是在研究某種材料的離子排布的有序與無序與微波介電性能變化之間的關(guān)系。離子的有序排列并不是材料具有極低介質(zhì)損耗的直接原因。盡管如此，離子有序度變化這一物理機制被廣泛應(yīng)用到微波介質(zhì)損耗的變化行為上，近些年來越來越多的人用多種方法對多個體系進(jìn)行了系統(tǒng)研究。

離子的有序程度只是一個表觀現(xiàn)象，與材料的介電性能特別是介質(zhì)損耗更為直接相關(guān)的因素仍有待深入研究。

復(fù)合鈣鈦礦的另一重要研究是相變與材料溫度系數(shù)的關(guān)系研究。

τε值的異常變化可能與陽離子氧八面體的傾斜有很大關(guān)系，但對于頻率溫度系數(shù)與結(jié)構(gòu)的研究，暫時還沒有一種理想的結(jié)構(gòu)參數(shù)可以表征不同晶體結(jié)構(gòu)類型的結(jié)構(gòu)變化，要想更好的分析表征不同晶體結(jié)構(gòu)材料的結(jié)構(gòu)變化，必須采用適合特定晶體結(jié)構(gòu)的特征結(jié)構(gòu)參數(shù)。

無序復(fù)合鈣鈦礦材料可以用容差因子 t，而 1:2 有序的復(fù)合鈣鈦礦則可以用離子鍵價和 BVS 更理想。鑒于微波介質(zhì)陶瓷具有體系眾多這一特點，材料的頻率溫度系數(shù)與晶體結(jié)構(gòu)之間的研究還有很多工作有待進(jìn)一步研究。尤其是復(fù)合鈣鈦礦結(jié)構(gòu)以外的其他材料的結(jié)構(gòu)一頻率溫度系數(shù)關(guān)系，仍值得深入研究。

審核編輯 黃昊宇