陶瓷/微晶玻璃复合微波介电材料的研究

摘要

在该文中,合成了微波介电性能比较优越的SiO<,2>-MgO-Al<,2>O<,3>-La<,2>O<,3>微晶玻璃.对合成过程及晶化前后的行为进行了研究.充分利用玻璃的软化点较低和晶化后结晶相的介电损耗较低的特点,首次有意识地将玻璃与Ba(Mg<,1/3>Ta<,2/3>)O<,3>复合,经烧结后微晶化,制备出了陶瓷/微晶玻璃复合微波介电材料.进而研究了陶瓷/微晶玻璃复合微波介电材料的性能与结构之间的关系将微波系统的谐振腔微扰法应用于测量介电材料的性能,分析了测试系统的相对误差,证明测量结果是可靠的.含4wt.％B<,2>O<,3>和16wt.%TiO<,2>的玻璃的晶化温度在850℃左右,晶化后的主晶相为La<,2>Ti<,2>O<,7>、Al<,2>SiO<,5>.晶化对介电常数影响不大,是因为晶化后的主晶相的ε<,r>相互进行了补偿;对Q值有很大影响,主要原因是晶化使大部分Mg<'2+>离子固溶进入晶体,减少了弱束缚Mg<'2+>的迁移损耗.微晶玻璃中的主晶相La<,2>Ti<,2>O<,7>具有很大的正温度系数,导致晶化前后的温度系数由负变正.微晶玻璃添加到BMT粉中确能大幅度的降低烧结温度.烧结温度由纯BMT的1600℃降为复合介电材料的1130℃,相对密度达到92.2%.合理的BMT粉的粒径级配对烧结有促进作用.复合材料中BMT粉的含量以不超过60wt.%为宜,否则将对烧结产生明显的阻碍作用.复合微波介电材料的ε<,r>随着烧结温度的升高而增大的原因是由于较高温度烧结的样品相对密度大.高温或细颗粒BMT粉料的样品ε<,r>出现异常增高是La<,2>Ti<,2>O<,7>相与La(Mg<,0.5>Ti<,0.5>)O<,3>相的相对含量的比例发生变化而引起的.高温时ε<,r>较高的La<,2>Ti<,2>O<,7>相的比例较大,因而ε<,r>较大.微晶玻璃的结晶度是复合介电材料Q值的控制要素.要得到高Q值的复合微波介电材料必须使微晶玻璃完全晶化.少量的残余玻璃相将会导致材料Q值的大幅度降低.复合介电材料的τ<,f>有两大决定因素:第一是样品中微晶玻璃的结晶度;第二是微晶玻璃晶化后主晶相La(Mg<,0.5>Ti<,0.5>)O<,3>、La<,2>Ti<,2>O<,7>的相对含量.而这两大因素都与烧结温度或热处理制度有关.

目录

文摘

英文文摘

第一章序

1.1微波的定义、特点、用途、发展趋势

1.2微波介电材料

1.3微波介电陶瓷的极化机理及性能表征

1.3.1材料的介电极化机理

1.3.2材料介电性能的表征

1.4微波介质陶瓷综述

1.4.1 BaO-TiO2系

1.4.2钙钛矿材料

1.4.3铝基钙钛矿系

1.4.4复合钙铁矿A(B1/3B’2/3)O3系

1.4.5含镧系稀土族金属氧化物体系

1.4.6(Zr，Sn)TiO4体系

1.4.7其它微波介电材料体系

1.5微波介质陶瓷的发展趋势

1.5.1降低烧结温度，实现低温共烧

1.5.2多种材料复合，优化介电性能

1.5.3应用纳米技术，提高材料综合指标

1.6玻璃与微晶玻璃

1.6.1玻璃与微晶玻璃的结构

1.6.2微晶玻璃的成核与晶化

1.6.3晶核剂

1.6.4玻璃在陶瓷烧结中的作用

1.7玻璃与微晶玻璃的介电性能

1.7.1玻璃的损耗

1.7.2微晶玻璃的介电性质

1.8课题的提出与设想

第二章 实验

2.1微晶玻璃及其粉体的制备

2.1.1微晶玻璃

2.1.2微晶玻璃粉的制备

2.2陶瓷-微晶玻璃复合微波介质材料的制备

2.2.1 BMT粉的制备

2.2.2陶瓷-微晶玻璃复合微波介质材料样品的制备

2.3微扰法表征材料的介电性能

2.3.1微波介电测量的特点

2.3.2微扰法测量材料介电性能的原理和方法

2.3.3材料谐振频率温度稳定性的表征

2.3.4介电性能测量值的误差分析

2.4其它结构和性能表征

第三章结果与讨论

3.1微晶玻璃的晶化、结构与性能

3.1.1微晶玻璃的晶化

3.1.2微晶玻璃的介电性能

3.2 BMT粉料的结构与粒径分布

3.2.1 BMT粉料的合成与结构

3.2.2 BMT粉体的粒径分布

3.3复合微波介电材料的烧结、性能与结构

3.3.1复合微波介电材料的相对密度与烧结温度

3.3.2复合微波介电材料的相对介电常数

3.3.2复合微波介电材料的Q值

3.3.4复合微波介电材料的温度系数

第四章结论

第五章参考文献

攻读硕士期间发表的论文清单

致谢