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MgO-CaO-SiO_2系低介电常数微波介质陶瓷研究

作　者: 毕宝宝
导　师: 李晓雷
学　校: 天津大学
专　业: 材料学
关键词: Mg2SiO4 CaSiO3 低介电常数 微波介质陶瓷
分类号: TQ174.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


Mg2SiO4陶瓷和CaSiO3陶瓷均是良好的低介电常数微波介质陶瓷材料体系,但是Mg2SiO4陶瓷体系烧结温度高,MgSiO3相较难消除,而且制备出的材料具有较大的谐振频率温度系数。CaSiO3体系陶瓷烧结温度范围窄,也影响了其实际应用。本文研究了Zn2+、Co2+掺杂对Mg2SiO4陶瓷烧结性能和介电性能的影响。将Mg2SiO4和CaSiO3粉体以不同比例复合,制备yMg2SiO4-（1-y）CaSiO3系微波介质陶瓷,并研究烧结助剂对其烧结性和介电性能的影响。分别叙述如下:（1）采用固相法制备了(ZnxMg1-x)SiO4、(CozMg1-z)SiO4陶瓷。实验结果表明:ZnO加入后,一部分固溶到了Mg2SiO4晶体中,一部分则与添加的烧结助剂形成了Bi1.5Zn0.5(Zn0.5Nb1.5)O7相、ZnNb2O6相。Co3O4加入后,Co2+取代Mg2+完全固溶在Mg2SiO4晶体中。通过比较,Co2+部分取代Mg2+所得的陶瓷样品较Zn2+部分取代Mg2+所得陶瓷样品的损耗要低。在1250℃下烧结3个小时,(Zn0.075Mg0.925)2SiO4陶瓷的介电性能为:εr=7.9,Q=7353（1.8MHz）,τc=55.8ppm/℃;(Co0.025Mg0.975)2SiO4陶瓷的介电性能为:εr=7.7,Q=8850（1.8MHz）,τc=50.4ppm/℃。（2）采用不同Mg/Ca制备了yMg2SiO4-（1-y）CaSiO3系微波介质陶瓷,实验结果表明:当Mg/Ca比小于0.5时,制备出的陶瓷以CaSiO3,Ca2Mg（SiO7）和CaMgSi2O6相为主晶相。随着Mg/Ca的增加,CaSiO3相消失,同时样品的烧结温度也升高。在1290℃下烧结3小时,2Mg2SiO4-8CaSiO3陶瓷的介电性能最优:εr=8.6 , Q=9278（2MHz） ,τc=47.5ppm/℃。为了改善烧结性能,优化yMg2SiO4-（1-y）CaSiO3陶瓷介电性能,以2Mg2SiO4-8CaSiO3陶瓷材料为基体材料,选用Nb2O5与Bi2O3复合烧结助剂体系。可以发现,烧结助剂的加入能够有效的改善2Mg2SiO4-8CaSiO3陶瓷的烧结,烧结温度降低,同时烧结温度范围得以拓宽,但Bi/Nb以及Nb2O5与Bi2O3的加入量必须严格控制。当Bi/Nb=1.5时,Nb2O5加入量为0.55wt%、Bi2O3加入量为1.45wt%时,2Mg2SiO4-8CaSiO3陶瓷在1230℃下烧结具有良好的介电性能:εr=9,Q=8236（2MHz）,τc=52.1ppm/℃。当Bi/Nb=4时,由于Bi2O3挥发较为严重,从而造成样品孔隙率高,致密度下降,助烧作用下降。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-23
  1.1 微波介质陶瓷概述  8-10
    1.1.1 微波介质陶瓷发展  8-9
    1.1.2 低介电常数微波介质陶瓷  9-10
  1.2 硅酸盐系微波介质陶瓷  10-15
    1.2.1 镁橄榄石  10-12
    1.2.2 硅灰石  12-13
    1.2.3 Zn_2Si0_4  13-15
    1.2.4 其它低介微波介质陶瓷体系  15
  1.3 低介微波介质陶瓷的性能参数  15-20
    1.3.1 介电常数  16-17
    1.3.2 品质因数  17-19
    1.3.3 谐振频率温度系数  19-20
  1.4 微波介质陶瓷显微结构对性能的影响  20-21
  1.5 低介微波介质陶瓷存在的问题  21-22
  1.6 课题的研究背景及意义  22-23
第二章 实验过程与测试方法  23-28
  2.1 原料  23
  2.2 实验过程  23-26
    2.2.1 工艺流程  23-25
    2.2.2 实验设备  25-26
  2.3 性能测试  26-28
    2.3.1 测试密度  26
    2.3.2 测试收缩率  26
    2.3.3 微波介电性能测试  26-27
    2.3.4 X射线衍射分析（XRD）  27
    2.3.5 扫描电子显微镜分析（SEM）  27-28
第三章 Mg_2Si0_4微波介质陶瓷性能研究  28-44
  3.1 引言  28-29
  3.2 实验配方与样品制备  29
  3.3 ZnO掺杂对Mg_2Si0_4陶瓷介电性能的影响  29-36
    3.3.1 烧结性能  29-31
    3.3.2 相组成与显微结构分析  31-33
    3.3.3 介电性能  33-36
  3.4 C0_30_4掺杂对Mg_2Si0_4陶瓷介电性能的影响  36-43
    3.4.1 烧结性能  36-38
    3.4.2 相分析与显微结构  38-41
    3.4.3 介电性能  41-43
  3.5 本章小结  43-44
第四章 yMg_2Si0_4-(1-y)CaSi0_3系微波介质陶瓷性能研究  44-63
  4.1 引言  44
  4.2 实验配方与样品制备  44-46
  4.3 Mg_2Si0_4粉体制备  46-47
  4.4 CaSi0_3粉体制备  47-49
  4.5 yMg_2Si0_4-(1-y)CaSi0_3介质陶瓷的性能研究  49-55
    4.5.1 烧结特性  49-50
    4.5.2 相组成与显微结构分析  50-53
    4.5.3 介电性能  53-55
  4.6 烧结助剂对于yMg_2Si0_4-(1-y)CaSi0_3系陶瓷微波介电性能的影响.  55-62
    4.6.1 烧结性能  56-57
    4.6.2 相组成与显微结构分析  57-60
    4.6.3 介电性能  60-62
  4.7 本章小结  62-63
第五章 全文总结  63-64
参考文献  64-69
发表论文和参加科研情况说明  69-70
致谢  70

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 硅酸盐工业 > 陶瓷工业 > 基础理论
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