近几年,随着通讯技术的快速发展,微波介质陶瓷被广泛应用在微波通信系统中,包含微波谐振器、介质滤波器、介质振荡器以及介质天线等微波元器件。微波介质陶瓷材料已经成为电子通信系统中的核心材料,但是要在微波电路之中应用,还需要在介电性能上具有介电常数(rε)高,介电损耗(tanδ)低(或fQ×值高)以及谐振频率温度系数(fτ)在零附近。因此,开发具有优异微波介电性能的陶瓷材料是当代信息科技发展的必然趋势。本论文中的微波介质陶瓷样品是采用传统固相法制备的,选择以Li2ZnTi3O8和ZnTiO3两种Ti基微波介质陶瓷材料为研究对象,通过元素的非化学计量比、掺杂以及取代等方式研究了陶瓷材料的晶相组成、微观形貌和微波介电性能,最后得到以下的几个主要研究成果:1.为了得到接近于零谐振频率温度系数的陶瓷材料,采用固相法一次合成工艺,制备出稳定共存的Li2ZnTi3O8-TiO2复相结构的微波介质陶瓷材料。当Li2Zn Ti3+xO8+2x材料中x值从0增加到1.00时,TiO2相在整个系统中的相对含量逐渐变大,陶瓷材料中的气孔随着TiO2相含量的增加而减少;同时,陶瓷材料的介电常数从rε=26.5逐渐增大到rε=35.6;fQ×值从61577 GHz降低到51250GHz;谐振频率温度系数以近乎直线的方式从-15ppm/℃增加到+61.4ppm/℃。当x=0.17时,Li2ZnTi3+xO8+2x陶瓷材料在1160℃烧结4h,获得优异的微波介电性能为:rε=28.5,fQ×=58511 GHz,fτ=+2.3 ppm/℃。2.为了改善陶瓷材料的fQ×值和谐振频率温度系数fτ值,我们采用非化学计量比研究了Li2ZnTi3O8陶瓷。在Li2Zn1-xTi3O8-x(x=0.01~0.30)介质陶瓷中,当x的值从0.01逐渐增大到0.3的这个过程中,陶瓷材料由单相Li2ZnTi3O8逐渐变为Li2Zn Ti3O8-TiO2复相陶瓷,其中Li2ZnTi3O8相的晶胞体积呈现出先减小后增大的趋势。研究发现晶胞体积的减小有利于提高陶瓷的fQ×值。并且通过密度的计算,我们从理论上证明了陶瓷材料密度降低的根本原因。随着x的值逐渐增大,陶瓷材料的介电常数先从rε=27.1减小到了最小值rε=26.3(x=0.06),然后从最小值不断增大到rε=29.8;fQ×值先从72627 GHz增加到峰值74268 GHz(x=0.06),然后不断减少到69613 GHz(x=0.30);Li2Zn1-xTi3O8-x介质陶瓷的谐振频率温度系数fτ值从-13.5ppm/℃增加到+1.5ppm/℃。当x=0.3时,Li2Zn1-x Ti3O8-x复相结构微波介质陶瓷材料在1050℃烧结温度下烧结4h具有优异的微波介电性能:rε=29.8,fq×=69613ghz,fτ=+1.5ppm/℃。3.为了降低li2znti3o8-tio2复相陶瓷材料的烧结温度以满足ltcc技术的要求,我们分别选取了三种不同的助烧剂li2o-al2o3-b2o3、cao-b2o3-sio2和li2wo4进行掺杂降烧研究。三种助烧剂掺杂的陶瓷材料都能在900℃左右烧结时获得比较优异的微波介电性能。(1)当li2o-al2o3-b2o3的掺杂量增加时,tio2相逐渐溶入到玻璃相中;适量的掺杂有利于陶瓷的烧结,过量掺杂会导致陶瓷的晶界处出现微裂纹。当掺杂量为1wt%时,li2znti3o8-tio2复相陶瓷在900℃烧结时的介电性能如下:rε=26.8,fq×=27615ghz,fτ=+2.3ppm/℃。(2)当cao-b2o3-sio2的掺杂量逐渐增大时,陶瓷中的晶粒尺寸大小显示出先增大后减小的趋势。晶粒尺寸变小的主要原因与液相过多导致的“钉扎效应”影响有关。同时,过多cao-b2o3-sio2掺杂会与陶瓷发生反应生成其它杂相。这些都是陶瓷材料微波介电性能急速下降的主要原因。当掺杂量为0.5wt%时,li2znti3o8-tio2复相陶瓷在920℃烧结时的介电性能如下:rε=27.6,fq×=36567ghz,fτ=+1.1ppm/℃。(3)随着陶瓷中li2wo4掺杂量的增加,陶瓷晶粒在逐渐长大;当掺杂量增大到4wt%时,陶瓷中的晶粒表面出现了气孔,介电性能开始下降。当掺杂量x=2wt%时,li2znti3o8-tio2复相陶瓷在860℃烧结时的介电性能如下:rε=27.1,fq×=51123ghz,fτ=-3.8ppm/℃。4.为了调节li2znti3o8陶瓷的谐振频率温度系数,通过一次固相法合成工艺制备出li2znti3o8-li2tio3复相结构的微波介质陶瓷。当li2znti3o8-xli2tio3材料中x值从0.05增加到0.4时,陶瓷材料的介电常数从rε=27.2逐渐减小到rε=26.4;fq×值从61827ghz降低到59214ghz;谐振频率温度系数以近乎直线的方式从-12.4ppm/℃增加到-3.5ppm/℃。当x=0.4时,li2znti3o8-xli2tio3陶瓷材料在1075℃烧结4h,获得优异的微波介电性能为:rε=26.4,fq×=59214ghz,fτ=-3.5ppm/℃。此外,我们对0.65li2znti3o8-0.35li2tio3复相陶瓷进行了bi2o3-b2o3掺杂降烧研究,当掺杂量为0.5wt%时,陶瓷材料在840℃烧结4h致密,其微波介电性能为:rε=26.6,fq×=40683ghz,fτ=+1.0ppm/℃。5.在sn4+取代ti4+的(zn0.3co0.7)ti1-xsnxo3微波介质陶瓷中,sn4+能够完全进入陶瓷的晶格之中形成固溶体。随着sn4+取代量的增加,(znco)(tisn)o3相开始逐渐分解为(znco)2(tisn)o4相和tio2相,陶瓷材料的介电常数从rε=21.9增大到rε=29.2;fq×值呈现出先增加后减小的趋势,从56536ghz增加到66700ghz,随后减小到48630ghz;fτ值从-46.2ppm/℃逐渐增大到+94.5ppm/℃。fq×值提升是与sn4+离子对ti4+离子取代导致(znco)(tisn)o3晶相中的共价键作用的变强以及密度的提高有关。当(zn0.3co0.7)ti1-xsnxo3陶瓷中x的值为0.02时,在1220℃条件下烧结4h获得微观结构致密并且微波介电性能良好的陶瓷:rε=24,fQ×=66700 GHz,fτ=-5.4 ppm/℃。