铌钛酸锂织构化陶瓷微结构及其微波介电可调性研究

本申请项目将采用熔盐法制备片状M相LNT模板以及纳米母相粉体技术，并采用丝网印刷模板晶粒生长技术（sp-TGG），控制晶粒定向排列，得到各向异性的织构化微波介质陶瓷。揭示晶种共生结构调控、晶粒取向与LN层数<n>的变化规律；探寻LNT材料织构度的控制机理；掌握微波介电性能的各向异性形成及调控方法。在M-相及其周围区域，制备具有不同共生结构的织构化M-相LNT及其复相微波介质陶瓷，扩大材料性能和使用范围。探索掺杂离子和助烧剂等对晶粒定向的影响，研究掺杂离子在晶粒生长过程中的作用机制，形成材料组成设计与制备工艺可双向调控的技术路径。通过织构度和不同切向的裁剪，在较大范围内实现微波介电性能的可调性，获得一类新型LTCC介质材料，为设计和制备无源集成器件奠定良好的学术基础，将对微波介质陶瓷及其器件在移动通讯技术的飞速发展中得到重要的应用。

开展了熔盐法制备多种片状晶粒模板的研究，包括：M相LiNb0.6Ti0.5O3模板、Li1.1Nb0.9Ti0.1O3以及Li0.95Nb0.45Ti0.7O3模板；将组成扩展到锂-钽-钛体系的片状模板 (LiTa0.6Ti0.5O3, LTT) 的探索研究, 以及片状NaNbO3模板的研究。揭示了模板的生长机理, 尺寸大小与制备工艺（温度、时间、熔盐比等）的规律。研究了纳米尺度基体粉体制备技术, 采用丝网印刷模板晶粒生长技术(sp-TGG)技术，控制晶粒定向排列，获得具有大的各向异性微观结构的织构化微波介质陶瓷。. 开展了基于LNT、LTT和NN片状晶粒模板的织构化微波介质陶瓷和压电陶瓷的研究工作。掌握了LNT微波介质织构化陶瓷的制备技术，微波介电性能的各向异性形成及调控方法，在M-相及其周围区域, 制备出具有不同共生结构的织构化M-相LNT微波介质陶瓷，在微波频率下测试，LNT(//)样品和LNT(⊥)样品微波介电性能表现出明显各向异性，LNT-10 (//) 样品的εr =57.9, τf = -14 ppm/oC，而在LNT-10 (⊥)样品测得的εr =81.8, τf = 43 ppm/oC。. 探索了Li-Nb-Ti相中掺杂（Mo, W）对烧结温度以及微波介电性能的影响, 研究发现掺入Mo进入Nb位, 可以降低烧结温度约100oC, 但材料的介电损耗随着Mo的掺入量的增加而增大，介电常数为下降为30。当W的掺入量高于5 mol%, 陶瓷中出现M相、Li2TiO3相和第三相Li2WO4, 其烧结温度为975oC。将会有利于进一步的优化成为有实用价值的LTCC微波介质陶瓷材料。. 探索了新的模板晶粒LTT和LNT用于KNN基织构化无铅压电陶瓷的研究，验证模板晶粒与基体颗粒结构差异较大时能否能够诱导晶粒的定向生长。结果表明：由于片状LNT和LTT晶粒与KNN基体颗粒结构的差异，KNN基体颗粒无法在片状LNT和LTT晶粒表面形核生长。. 今后拟开展的研究工作是探索介电常数更高的织构化M-相陶瓷材料；探讨降低烧结温度的组成与方法；研讨较低模板加入量的条件下，获得高的织构度的方法和机理。实现微波介电性能的可调性, 新型 LTCC 介质材料及其器件在飞速发展的移动通讯技术中得到广泛的应用。