0.7CaTiO_3-0.3Sm_1-xAlO₃陶瓷微波介电性能研究

张杨 周媛媛 佟娜 李健 刘福田

摘 要：采用固相反应法制备了0.7CaTiO3-0.3Sm1-xAlO3（CTSA，0 ≤ x ≤ 0.1）微波介质陶瓷，研究了Sm缺位对CTSA陶瓷的晶体结构、微观形貌以及微波介电性能的影响。结果表明，制备的CTSA陶瓷均为正交钙钛矿结构。少量的Sm缺位能够降低CTSA陶瓷的烧结温度，晶粒尺寸增加，同时气孔率增大，陶瓷的Q×f 值也有显著提升。当x = 0.025、烧结温度为1450 °C时，CTSA陶瓷具有最佳微波介电性能：εr = 45.2，Q×f = 47280GHz和τf = +4.8 ppm/°C。

关键词：CTSA陶瓷;Sm缺位;微波介电性能

1 前 言

5G通信发展的关键之一是通信基站的建设。5G通信的发展对新型微波元器件提出高集成度、高频、高速、高温度稳定性和超低功耗的要求[1]。中介电常数微波介质陶瓷（30 < εr < 70）是通信基站用微波元器件方面的重要材料，对其微波介电性能具有更高的要求。

中介电常数微波介质陶瓷的主要材料体系有BaO-TiO2[2]、（Zr， Sn）TiO4[3，4]和MTiO3-LnAlO3（M：Sr， Ca; Ln： La， Nd， Sm）[5]。其中BaO-TiO2陶瓷体系对化学计量比要求严格而难以控制，并且烧结温度区间窄;（Zr， Sn）TiO4体系在高温下很容易产生氧空位，使其介电损耗增大;而MTiO3-LnAlO3陶瓷具有较高的介电常数和品质因数（Q×f > 40000）以及谐振频率温度系数（τf ）值可调节至近零等优点，因而受到越来越多研究者的关注[6]。

Moon[7]等采用固相反应法合成了0.65CaTiO3～0.35LaAlO3微波介质陶瓷，其最优介电性能为：εr = 37，Q×f = 47000GHz，τf = -2 ppm/℃，其品质因数较高但介电常数较低。Jancar B[8]等制备了介电性能为εr = 44，Q×f = 30000GHz，τf = -2 ppm/℃的0.7CaTiO3～0.3LaAlO3陶瓷。赵小玻[9]等研究了0.67CaTiO3～0.33LaAlO3陶瓷，其εr= 45.3，Q×f = 36218GHz，τf = -0.5 ppm/℃。然而CTLA体系陶瓷的综合性能较差，不能满足商业器件的应用要求。Jancar B[10]等制备了0.7CaTiO3～0.3NdAlO3陶瓷，其介电性能为εr = 45，Q×f = 45000GHz，τf = +3 ppm/℃。该陶瓷已经被用作为商用材料[10]，但氧化钕的昂贵价格限制了其大规模商用[11]。SmAlO3具备与NdAlO3相似的介电性能，其εr = 20.4，Q×f = 65000GHz，τf = -72 ppm/℃[12]，并且氧化釤价格较低，然而目前人们对CTSA陶瓷的详细研究较少[13，14]。S……