● 摘要
随着现代移动通信技术的快速发展，通信设备趋于向轻小型、高性能发展。目前，向微波高端与毫米波段发展仍是微波通讯发展的大趋势之一。需要微波材料具有高的品质因数（Q× f ）、低的介电常数（r）以及接近于零的温度系数等良好的微波性能。然而许多具有良好介电性能的微波介质陶瓷，其烧结温度往往过高。如今微波介质陶瓷正朝着细化晶粒尺寸、高频及低温烧结等方面发展，因此微波介质陶瓷的低温烧结及改性是一个具有挑战性的难题。
高能球磨（high-energy ball milling）又被称为机械力化学（mechanochemistry），是一种简单而有效制备纳米粉体的方法，它是利用球磨机的高速转动和振动，使球磨介质对其中的原料进行猛烈的研磨、撞击，把原料粉碎成为纳米尺寸粉体的方法。高能球磨法与其它传统方法相比，能明显降低反应活化能、细化晶粒、增强粉体活性、提高烧结能力、诱发低温化学反应，从而改善材料的性能，是一种节能、高效的材料制备技术，并且，可以批量生产。因此高能球磨法可以作为一种高效、节能的技术来制备纳米材料。
本文利用高能球磨法对Mg2SiO4和AWO4 (A = Ca, Ba, Sr)纳米粉体的制备进行了多次的实验研究。在低温下合成Mg2SiO4相，从而在1075 oC下制备了Mg2SiO4微波介质陶瓷，有效降低了陶瓷的烧结温度。实验探讨了高能球磨工艺对粉体晶粒大小、相结构、相合成温度的影响，以及陶瓷的微波介电性能的表征。另外，首次仅通过高能球磨，成功合成了AWO4 (A = Ca, Ba, Sr)纳米晶，并在900~1000 °C低温烧结下得到了AWO4 (A = Ca, Ba, Sr)单相微波介质陶瓷。通过采用综合热分析(TG/DTA)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)以及微波网络分析仪等技术，研究了高能球磨法制备的纳米粉体的晶粒大小、相结构以及单相的合成温度，并对以上陶瓷的微观结构、烧结性能进行表征，对其微波介电性能进行了详细的研究。主要实验结论及研究结果具体如下：
（1）以SiO2和MgO为原料，经过高能球磨5~30小时，发现在球磨过程中混合物由原来的SiO2和MgO，变为SiO2、MgO和Mg2SiO4，且Mg2SiO4相的含量随高能球磨时间的增加而增加；之后在500~850 °C预烧，发现Mg2SiO4相的含量随预烧温度的升高而增加。在高能球磨30小时后，在850 °C下保温3小时合成了Mg2SiO4单相纳米粉体，这一合成温度比常规固相合成法制备Mg2SiO4粉体的温度大约低300 °C。利用高能球磨法制备的Mg2SiO4粉体，平均晶粒大小约为147nm，有助于提高Mg2SiO4陶瓷烧结的能力。Mg2SiO4粉体在烧结温度为1075 °C下得到性能优良的微波陶瓷，通过测量密度、XRD和SEM分析表明：陶瓷的显微结构与密度变化一致，其微波介电性能随烧结温度的变化与相对密度与烧结温度的变化一致。在烧结温度为1075 oC时得到相对密度高达96.56%致密Mg2SiO4陶瓷，其微波介电性能分别为r= 7.2，Q × f =193,800 GHz，f= ?58 ppm/°C。
（2）将ACO3 (A = Ca, Ba, Sr) 与 WO3混合，首次采用高能球磨法制备其纳米粉体及微波介质陶瓷。CaWO4、BaWO4、以及SrWO4相经过球磨可完全合成白钨矿结构纯相，球磨30小时可得到纳米粉体。CaCO3-WO3混合物经过30小时球磨后，合成出112 nm的纯CaWO4纳米晶，经900 °C烧结成CaWO4陶瓷，相对密度高为97.53%，微波介电性能为r= 10.7，Q × f =61,500 GHz。球磨30小时后粒径大小为143 nm的纯BaWO4纳米粉体，经1000 °C烧结成BaWO4陶瓷，陶瓷的相对密度达到96.16%，粒径小于2 µm，介电常数r= 11.2，Q × f =54,900 GHz。SrCO3-WO3的粉体经30小时球磨，完全合成出SrWO4纯相，粉体的粒径为138 nm，SrWO4陶瓷在950 °C烧结，相对密度为96.32%，且具有良好的微波介电性能，介电常数r= 10.5，Q × f =52,300 GHz。