新型Ca5A4(VO4)6基陶瓷结构与微波介电性能调控研究

The Ca5A4(VO)6 (A=Mg、Zn、Co、Ni，abbreviated as CAV）ceramics with garnet structure are to prepare in this project. The effects of both A-site ions characters (ionic radius, ionic polarizability, ionic electronegativity, mass) and the V nonstoichiometric on the sinterability, phase compositions, and microwave dielectric properties of CAV ceramics will be investigated, respectively. The relationship between microstructure and dielectric properties will be explain by electron-phonon interaction, bond valence, packing fraction and crystal vibration spectrum. The mechanism influence microwave dielectric properties will also be discussed. The effective solution to tune the τf value of CAV compounds will be developed. The mechanism for tuning τf in CAV will also be analyzed. The characteristics of CAV slurry as well as the chemical compatible with Ag will be investigated. The aim is to realize the designing of the constitutions，structure and dielectric properties in CAV ceramics, and the results can provide references for its further commercial applications.

本项目拟通过A位离子取代制备一系列石榴石结构Ca5A4(VO)6（A=Mg、Zn、Co、Ni，记作CAV）陶瓷材料。研究A位离子特性（离子半径、极化率、电负性以及质量等）、V非化学计量比对CAV系材料烧结特性、物相组成和微波介电性能的影响；从电子-声子相互作用、键价特性、晶胞原子堆积密度、拉曼光谱、远红外反射光谱等角度深入探讨CAV系材料结构、性能间的关系及其微波介电特性机理；探讨调控CAV系材料τf值的有效方法及其调控机理；研究CAV基浆料特性及其与Ag电极化学兼容性，实现CAV基材料组成、结构与微波介电性能的可调控性，为CAV基陶瓷进一步商用化提供解决方案。

本项目针对LTCC技术及高频高端微波元器件对新型微波介质材料的应用需求，开展新型Ca5A4(VO4)6(A=Mg、Co、Mn、Ni）系材料设计、合成、烧结特性、微结构（晶体结构、微区结构）、谱学特性与微波介电性能研究，从电子-声子相互作用、晶胞原子堆积密度、拉曼光谱等角度深入探讨Ca5A4(VO4)6系材料结构、性能间的关系及其微波介电特性机理；阐明了调控Ca5Mg4(VO4)6基材料τf值的有效方法及其调控机理；并取得了如下主要成果：.(1) Ca5Mg4(VO4)6 基复合陶瓷制备与微波介电性能研究. 采用标准陶瓷工艺成功制备了（1-x)Ca5Mg4(VO4)6-xBa3(VO4)2(0.5≤x≤0.7)复合陶瓷，并对其烧结特性、晶体结构、显微组织和微波介电性能进行关联性研究。实验表明：在875~950 ℃烧结范围内，均可获得结构稳定的Ca5Mg4(VO4)6/Ba3(VO4)2复相陶瓷。900 ℃烧结0.35Ca5Mg4(VO4)6-0.65Ba3(VO4)2复合陶瓷具有最佳微波介电性能，且其能与Ag电极匹配共烧，其有望开发为新型LTCC基板材料。微波介电性能lianghao.(2) Ca5Ni4(VO4)6陶瓷制备与微波介电性能研究. 采用标准陶瓷工艺制备了Ca5Ni4(VO4)6陶瓷，并对其烧结特性、晶体结构、显微组织、拉曼光谱和微波介电性能进行关联性研究。实验表明：在825~900 ℃烧结范围内，均可获得立方石榴石结构Ca5Ni4(VO4)6纯相；样品εr随烧结温度变化曲线与相对密度相一致，样品Q×f主要与非本征因素（相对密度）和本征因素（晶体结构堆积密度）有关。875 ℃烧结Ca5Ni4(VO4)6陶瓷具有最佳微波介电性能，且其与Ag电极有良好化学兼容性。.(3) Ca5Mn4(VO4)6陶瓷制备与微波介电性能研究.采用固态反应法制备了Ca5Mn4(VO4)6陶瓷。实验表明：在825~875 oC烧结范围内，样品物相由立方石榴石结构Ca5Mn4(VO4)6主相和少量富钒第二相所组成，900 ℃烧结可获得立方石榴石结构Ca5Mn4(VO4)6纯相。Ca5Mn4(VO4)6陶瓷875 ℃/5 h烧结具有良好微波介电性能，但Ca5Mn4(VO4)6预烧粉与Ag电极在875 ℃下烧结时发生了严重化学，从而限制了其在LTCC方面的应用。