Bi2O3-TiO2体系中晶态材料的可控制备及其微波介电性能裁剪

Bi2O3-TiO2体系化合物具有较低的烧结温度，由于Bi3+和Ti4+具有较高的离子极化率，在高频电介质领域具有潜在的应用价值。本项目分别采用固相法和Sol-gel法制备了Bi2Ti4O11, Bi12TiO20和Bi2Ti2O7陶瓷，研究了不同工艺参数对Bi2O3-TiO2体系陶瓷相结构与微波介电性能的影响。结果表明，固相反应生成Bi2Ti4O11过程主要受扩散速度的影响，1000℃时适当延长煅烧时间可获得单相Bi2Ti4O11粉体。1125℃保温2h烧结 Bi2Ti4O11陶瓷的微波介电性能：εr=51.16，Q*f=3050GHz，τf=-297ppm/℃。sol-gel法在750℃保温2h可以获得单相Bi2Ti4O11陶瓷粉体，所制备的Bi2Ti4O11陶瓷，1050℃烧结达到最大密度，微波介电性能为：εr=52.35，Q*f=4600GHz，τf=-350ppm/℃。固相法800℃保温2h制备的Bi12TiO20陶瓷介电性能为：εr=40.92，Q*f=3900GHz，τf=-14ppm/℃。Sol-gel法制备Bi12TiO20陶瓷，陈化时间对其物相组成和微观形貌有着重要的影响。陈化时间为1d及以上的样品在600℃即可获得单相粉体，而没有陈化的样品含有少量Bi2O3杂相。采用sol-gel制备的粉体为原料，在750℃烧结的陶瓷密度达到最大值。其微波介电性能为：εr=39.55，Q*f=3950GHz，τf=-17ppm/℃。采用固相法，当TiO2/Bi2O3=2.5，Ho2O3掺杂量为3wt%，烧结温度1150℃时可获得单相Bi2Ti2O7粉体。经1150℃烧结2h的Bi2Ti2O7陶瓷介电性能为：εr=94.01，Q*f=1271.67GHz，τf= -180ppm/℃。采用Sol-gel法制备Bi2Ti2O7粉体，当Ti/Bi(摩尔比)为1.1，柠檬酸/Bi(摩尔比)为1.0，前躯体溶液pH=6，烧结温度为550℃时，产物为纯相Bi2Ti2O7粉体。采用溶胶-凝胶法可在1150℃烧结保温2小时获得Bi2Ti2O7陶瓷，其介电性能为εr=115.02，Q*f=1515.67 GHz，τf = -165ppm/℃。对Bi2O3-TiO2体系陶瓷进行了微波性能调控，当Bi2O3:TiO2从1:8上升到1:4的过程中,存在一个零频率温度系数点。