镁橄榄石/堇青石复相陶瓷制备及性能研究

摘要

起着信号发射、接收、调制等作用的微波天线系统，在许多空间飞行器如星载、机载、舰载等雷达中，有着广泛而重要的应用。为确保天线系统在高温环境能有效工作，研制耐高温天线材料是非常必要的。耐高温天线材料由陶瓷基和耐高温合金两类材料组成。其陶瓷基部分，要求低介电常数、低损耗、热膨胀系数与金属相匹配、在高温下能有效工作。镁橄榄石瓷具有低的介电常数和介质损耗，但热膨胀系数较大，采用热膨胀系数低的堇青石瓷进行复合，制备镁橄榄石/堇青石复相陶瓷，期望两者在介电性能和热膨胀性能上能够互补，满足耐高温天线材料的要求。
　　 本论文系统研究了配方通式为(1-x)wt％镁橄榄石+xwt％堇青石复相陶瓷的制备与性能，并且研究了ZnO、La2O3、Sm2O3的掺杂改性对复相陶瓷性能的影响，探讨了复相陶瓷在高温下的介电性能、热膨胀性能和体积电阻率，摸索了316L不锈钢、4J34可伐合金和In783高温合金三种金属材料与复相陶瓷的钎焊连接。
　　 复相陶瓷的烧结温度范围为1320～1340℃，体积密度随堇青石含量的增加呈线性下降；介电常数随堇青石含量的增加而降低，在5.4～7.6之间；介质损耗随着堇青石含量的增加呈增高趋势，10GHz频率下的介质损耗在10-3数量级；热膨胀系数随堇青石含量的升高逐渐降低，可以在(4～11)×10-6/℃范围内可调，抗弯强度约为105MPa；体积电阻率在常温下均在1013Ω·cm以上。
　　 通过一系列的掺杂实验，得到复合掺杂5wt％ZnO、2wt％的La2O3和Sm2O3的70wt％镁橄榄石/30wt％堇青石复相陶瓷在1280～1340℃之间均能烧结致密，10GHz频率下的介质损耗为6.3×10-4，并且在1～50MHz频率范围内介电常数比较稳定。
　　 复相陶瓷的体积电阻率在温度升高到300℃左右时急剧下降到106Ω·cm以下，在300～600℃范围内，随堇青石含量的增加，复相陶瓷的体积电阻率下降幅度变大；在室温～300℃范围内，复相陶瓷的介质损耗随着堇青石含量的增加而逐渐变大，当温度升高到300℃以上时，介质损耗急剧增大。
　　 采用In783高温合金/Ag-Cu共晶+6％TiH1.924活性粉末钎料+缓冲层/50wt％镁橄榄石-50wt％堇青石复相陶瓷体系进行陶瓷与金属的封接，可以得到剪切和拉伸强度都比较高的接头。