浅谈复合钙钛矿系微波介质陶瓷

复合钙钛矿的研究涉及微波介质陶瓷材料的很多方向，目前报道最多的是在典型复合钙钛矿材料基础上进行固溶体和掺杂改性研究，以及不同制备工艺和制备条件对材料的结构、显微形貌和性能的影响研究等。

把介电性能存在较大差异的两种复合钙钛矿合成一定比例固溶体或用不同离子进行复合钙钛矿的同位取代，都可以达到有效调控复合钙钛矿材料的介电性能的目的，类似研究在上世纪八九十年代尤其普遍。

随着对材料性能要求的日益提高，人们开始着手研究进一步提高材料介电性能的方法。

通过不同价态和离子半径的氧化物或玻璃料的掺杂，可以在烧结过程中影响坯体致密化、改变晶体结构有序程度和微波介电性能。不同掺杂物的作用效果迥异：多数玻璃掺杂物会因形成杂相，阻碍坯体的致密化；也有不多的几种玻璃可以明显改善坯体的致密程度和微观形貌，从而使其微波介电性能得到提高。

还有很多人专注于降低复合钙钛矿材料烧结温度，主要采取添加各种低熔点氧化物的方法。如，在不严重影响介电性能的前提下，加入 0.5mol%的 B2O3 或 0.25wt%的 V2O5 可以将 BMT 微波介质陶瓷的烧结温度降低到 1500℃；而要达到与银电极低温共烧要求，则需要加大掺杂量，牺牲优异的介电性能，特别是 Q×f 值明显劣化，一般会降低一个数量级左右。

随着对复合钙钛矿微波介质材料研究的逐渐深入与发展，围绕复合钙钛矿结构的材料展开的微波器件设计、测试技术也越来越先进，越来越多的人利用 X 射线、中子衍射、透射电子显微术、近场微波显微术、介电谱和光谱分析等现代技术，从晶体结构和微结构变化、离子的有序一无序相变、晶格中的声子振动特性以及非化学计量比等方面展开研究工作，探讨引起材料介电性能变化的机理。这些工作成果加深了人们对复合钙钛矿体系的结构与性能关系的理解。

其中，复合钙钛矿材料的 B 位离子有序一无序研究是最为重要的部分之一。

利用 XRD、HRTEM 和 FIR 等分析表征手段，利用一些控制离子有序度的方法和准则，可以成功控制材料的离子有序度，并在材料的介电性能与有序度之间建立了一定的关系。多数新的有序度高的材料，其微波性能并不象 1:2 有序的 BMT 等复合钙钛矿材料那样具有非常优异的微波介电性能。在进行新型高有序度离子排布的微波介电材料的开发过程中，更多地是在研究某种材料的离子排布的有序与无序与微波介电性能变化之间的关系。离子的有序排列并不是材料具有极低介质损耗的直接原因。尽管如此，离子有序度变化这一物理机制被广泛应用到微波介质损耗的变化行为上，近些年来越来越多的人用多种方法对多个体系进行了系统研究。

离子的有序程度只是一个表观现象，与材料的介电性能特别是介质损耗更为直接相关的因素仍有待深入研究。

复合钙钛矿的另一重要研究是相变与材料温度系数的关系研究。

τε值的异常变化可能与阳离子氧八面体的倾斜有很大关系，但对于频率温度系数与结构的研究，暂时还没有一种理想的结构参数可以表征不同晶体结构类型的结构变化，要想更好的分析表征不同晶体结构材料的结构变化，必须采用适合特定晶体结构的特征结构参数。

无序复合钙钛矿材料可以用容差因子 t，而 1:2 有序的复合钙钛矿则可以用离子键价和 BVS 更理想。鉴于微波介质陶瓷具有体系众多这一特点，材料的频率温度系数与晶体结构之间的研究还有很多工作有待进一步研究。尤其是复合钙钛矿结构以外的其他材料的结构一频率温度系数关系，仍值得深入研究。

审核编辑 黄昊宇