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激光制备CaTiSiO_5基高频介质陶瓷的研究

作　者: 田得雨
导　师: 晁明举
学　校: 郑州大学
专　业: 光学
关键词: 激光烧结 高频介质陶瓷 CaTi03-CaTiSiO5 (CaTiSi05)0.18（TiO2）0.82 介电性能
分类号: TM28
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


高频介质陶瓷材料在现代功能陶瓷材料中占有非常重要的地位,具有广泛的用途。高频介质陶瓷材料在高频(1MHz)下的介质损耗低、介电常数温度系数范围宽,广泛用作陶瓷电容器的电介质。根据介电常数温度系数可分为两大类：一类是热补偿电容器介质陶瓷材料。热补偿电容器介质陶瓷具有较大的负介电常数温度系数,如CaTiO3、TiO2等。热补偿电容器主要用在振荡回路里,以补偿回路电感元件的正温度系数,使回路谐振频率保持不变或变化很小。另一类是热稳定电容器介质陶瓷材料,其介电常数温度系数的绝对值很小,如TiO2-CaTiSiO5、CaTiO3-CaTiSiO5、CaTiO3-Ca(M g1/3Nb2/3)O3、SrZrO3-SrTiO3、CaTiO3-CaZrO3等。使用此类电介质材料制作的高稳定电容器广泛应用于移动通讯、卫星通讯、精密仪器和军用雷达等领域。其中CaTiO3-CaTiSiO5介质陶瓷是一种优良的高频介电陶瓷,它由单斜型CaTiSiO5(εr≈40,tanδ≈5×10-4,αε≈+1200×10-6/℃)和正交型CaTiO3(εr≈150,tanδ≈2.5×10-4,αε=-1800×10-6/℃)两相组成,具有较为优良的介电性能：εr≈82,tanδ≈4×10-4,αε≈±25×10-6/℃,因而日益受到关注。Ti02和CaTiSiO5以适当的摩尔比(0.82：0.18)进行复合也能够获得具有介电性能的复合材料,即较高介电常数、较低的介质损耗和接近于零的介电常数温度系数。随着现代通讯技术的迅猛发展,陶瓷电容器也向小型化、大容量方面发展,而介电常数大、介质损耗小的介质陶瓷是制造高性能陶瓷电容器的前提条件。那么,提高CaTiO3-CaTiSiO5、(CaTiSiO5)0.18(TiO2)0.82陶瓷的介电性能是拓宽CaTiO3-CaTiSiO5、(CaTiSiO5)0.18(TiO2)0.82介质陶瓷应用范围的迫切课题。近年来,激光烧结技术在制备新材料和提高材料性能方面,显示出独特的优势。本工作采用激光烧结技术制备CaTiO3-CaTiSiO5、(CaTiSiO5)0.18(TiO2)0.82介质陶瓷,并采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、精密阻抗分析仪、拉曼散射等对材料的晶格结构、化学组成、微观结构、介电性能等进行测试与分析。根据样品的物理性能和微观结构确定了激光烧结CaTiO3-CaTiSiO5、(CaTiSiO5)0.18(TiO2)0.82介质陶瓷的最佳工艺分别为：激光功率1.2 kW,离焦量90mm,烧结时间140s；激光功率1.0 kW,离焦量140 mm,烧结时间240s。CaTiO3-CaTiSiO5陶瓷样品的介电性能与高温炉烧结相比,介电常数由炉烧的82提高到376,介质损耗和温度系数基本不变。微观结构也发生显著变化,样品比较致密没有大量的气孔和微裂纹,晶粒较大,生长完整并且呈树枝状定向生长,晶粒之间相互连成一体形成树枝状结构群。激光烧结的(CaTiSiO5)0.18(TiO2)0.82介质陶瓷致密度、纯度很高,形成了逆激光光束方向呈板条状规则生长的微观结构,有利于其介电性能的提高。在功能陶瓷的制备技术中,与其它定向生长技术相比激光烧结技术具有操作简单、晶粒定向生长强、效率高、致密度和纯度高等优点。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-8
目录  8-11
第1章 绪论  11-24
  1.1 电介质的简述  11-12
  1.2 高频介质陶瓷  12-16
    1.2.1 高频电介质陶瓷的性能要求和分类  13-14
    1.2.2 钛酸钙瓷和钛硅酸钙瓷  14-16
  1.3 介电性能的理论基础  16-20
    1.3.1 极化与介电常数  16-19
    1.3.2 介质损耗与极化  19-20
    1.3.3 介电常数温度系数  20
  1.4 激光烧结功能陶瓷  20-22
    1.4.1 激光烧结技术  20-22
    1.4.2 激光烧结功能陶瓷的特点  22
  1.5 本文的研究内容  22-24
第2章 激光烧结陶瓷技术  24-34
  2.1 激光烧结陶瓷的基本理论  24-27
    2.1.1 激光的吸收  24-25
    2.1.2 导热理论  25-27
  2.2 激光烧结陶瓷的实验装置  27-28
  2.3 激光烧结方法  28-30
    2.3.1 升温阶段  29
    2.3.2 烧结阶段  29-30
    2.3.3 冷却阶段  30
    2.3.4 气氛的控制  30
  2.4 测试方法  30-32
  2.5 本章小结  32-34
第3章 激光制备CaTiO_3—CaTiSiO_5介质陶瓷研究  34-48
  3.1 激光烧结CaTiO_3-CaTiSiO_5陶瓷  34-35
    3.1.1 工艺流程  34-35
  3.2 高温炉烧结CaTiO_3-CaTiSiO_5陶瓷  35-37
    3.2.1 工艺流程  35-37
  3.3 测试分析  37-46
    3.3.1 相对密度  37
    3.3.2 介电性能  37-40
    3.3.3 XRD分析  40-42
    3.3.4 显微组织  42-45
    3.3.5 Raman谱  45-46
  3.4 本章小结  46-48
第4章 激光烧结(CaTiSiO_5)_(0.18)(TiO_2)_(0.82)高频介质陶瓷研究  48-55
  4.1 引言  48-49
  4.2 激光烧结快速(CaTiSiO_5)_(0.18)(TiO_2)_(0.82)陶瓷  49-51
    4.2.1 工艺流程  49-50
    4.2.2 烧结工艺  50-51
  4.3 实验结果与分析  51-54
    4.3.1 相对密度  51
    4.3.2 XRD图谱  51-52
    4.3.3 显微组织  52-54
  4.4 本章小结  54-55
第5章 全文总结  55-57
参考文献  57-62
攻读硕士学位期间发表的论文及成果  62
个人简历  62-63
致谢  63

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电工材料 > 电工陶瓷材料
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