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MgO-GeO2系和ZnO-Al2O3-Ga2O3系陶瓷材料制备及介电性能研究

作　者: 陈彩霞
导　师: 吴松平
学　校: 华南理工大学
专　业: 化学工程
关键词: 微波介电性能 Mg2GeO4 助烧剂 Zn(Al1-xGax)2O4 固溶体
分类号: TQ174.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


低介、高Q的介质材料在通讯、雷达等领域有广泛的应用，新颖的介质材料的研发倍受关注。本文根据硅族、铝族元素的结构特点，以锗酸盐、镓铝酸盐为研究对象，用固相法制备陶瓷材料，利用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、热重分析仪（TG/DSC）和网络分析仪等仪器，研究Mg2GeO4系和Zn(Al1-xGax)2O4系的烧结性、物相组成、微观结构和介电性能之间的关系。1.用固相合成法制备Mg2GeO4粉体，研究表明：正交结构的Mg2GeO4陶瓷具有宽的烧结区间，在1000～1450°C下均为稳定化合物。在1450°C时，Mg2GeO4陶瓷的微波介电性能为：εr＝5.48，Q×f=11,000GHz，τf=-27.6ppm/°C。在1000°C下，掺杂3.00wt.%B2O3的Mg2GeO4陶瓷无杂质相出现，并具有优异的微波介电性能，Q×f值为未添加时的4倍（44,626GHz）。掺杂3.00wt.%的B2O3在10501300°C的温度范围下均为纯相，结构致密，晶粒均匀。在1250°C时，掺杂量为3.00wt.%的Mg2GeO4陶瓷的介电性能：εr=6.76，Q×f=95,028GHz（15.33GHz），τf=-28.73ppm/°C。B2O3的加入能有效提高Mg2GeO4陶瓷综合介电性能，Mg2GeO4陶瓷在较宽的温度下保持稳定的介电性能，特别是τf值在整个烧结区间内显示为较小的负值，对温度不敏感。2.固相合成法制备尖晶石Zn(Al1-xGax)2O4固溶体，随x值增大，体系物无第二相出现，XRD衍射峰偏移规律符合布拉格定律，Ga2O3的加入，有利于指导固溶体的定向生长，提高致密度、介电性能。当x=0.8时，1450°C下具有最大的Q×f值，介电性能为：εγ=10.1，Q×f=76,000GHz（12.992GHz），τf=–36ppm/°C。而x=0.6时，Q×f值在1400～1500°C区间内保持在55,000GHz以上，而介电常数εγ在9.83与9.85之间微微波动，谐振温度系数τf值为-30.93-30.87ppm/°C。说明x=0.6时，Zn(Al1-xGax)2O4固溶体的性能较稳定。本论文采用多种分析检测方法对物相组成，微观结构进行分析，研究了掺杂量、固溶量和烧结温度对陶瓷的微波介电性能的影响，开展了锗酸盐、新型尖晶石固溶体在低介微波陶瓷领域的应用，对今后新型的低介微波介电陶瓷的研究有一定的参考价值和指导意义。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章 绪论  11-28
  1.1 微波介电陶瓷元器件发展趋势  11
  1.2 微波介质陶瓷的应用  11-12
  1.3 微波介质陶瓷的本征参数  12-16
    1.3.1 介电常数（εr）  12-14
    1.3.2 品质因数（Q）  14-15
    1.3.3 谐振频率温度系数（τf）  15
    1.3.4 混合物法则  15-16
  1.4 低介电常数微波介质陶瓷  16-23
    1.4.1 α-Al_2O_3系  17-18
    1.4.2 硅酸盐系列  18-21
    1.4.3 尖晶石型陶瓷  21-23
  1.5 介电陶瓷的制备方法  23-25
    1.5.1 固相法  24
    1.5.2 液相合成法  24-25
  1.6 课题研究背景  25-27
  1.7 研究目的及内容  27-28
第二章 实验过程和检测方法  28-35
  2.1 实验试剂  28
  2.2 实验仪器  28-29
  2.3 陶瓷样品的合成制备  29-31
    2.3.1 实验流程  29-30
    2.3.2 实验过程及烧结曲线  30-31
  2.4 试样测试表征  31-35
    2.4.1 体积密度测试  31
    2.4.2 X 射线衍射物相分析（XRD）  31-32
    2.4.3 扫描电子显微镜（SEM）  32
    2.4.4 热分析（TG-DSC，TMA）  32-33
    2.4.5 微波介电性能分析  33-35
第三章 Mg_2GeO_4陶瓷的制备及微波介电性能研究  35-53
  3.1 引言  35
  3.2 实验过程  35-36
    3.2.1 试样制备  35-36
    3.2.2 测试过程  36
  3.3 2MgO-GeO2粉体的表征  36-39
    3.3.1 MgO 和 GeO2混合物 XRD 分析  36-38
    3.3.2 TG-DCS 和 TMA 分析  38-39
  3.4 Mg_2GeO_4陶瓷的表征  39-43
    3.4.1 Mg_2GeO_4陶瓷 XRD 分析  39-41
    3.4.2 Mg_2GeO_4陶瓷微波介电性能  41-43
  3.5 B_2O_3掺杂的 Mg_2GeO_4陶瓷  43-47
    3.5.1 系列 B_2O_3掺杂量的物相分析  43-44
    3.5.2 定量 B_2O_3掺杂的 XRD 分析  44-45
    3.5.3 掺杂 3.00 wt.%B_2O_3的 Mg_2GeO_4粉末 TG/DSC  45-46
    3.5.4 掺杂 B_2O_3的 Mg_2GeO_4陶瓷微观分析  46-47
  3.6 微波介电性能研究  47-51
    3.6.1 添加量与微波介电性能研究  47-49
    3.6.2 不同温度的微波介电性能研究  49-51
  3.7 本章小结  51-53
第四章 Zn(Al_(1-x)Ga_x)_2O_4固溶体的合成与性能研究  53-64
  4.1 引言  53
  4.2 实验过程  53-54
    4.2.1 试样制备  53-54
    4.2.2 测试表征  54
  4.3 实验结果与讨论  54-63
    4.3.1 Zn(Al_(1-x)Ga_x)_2O_4（x=0-1.0）固溶体陶瓷的物相分析  54-56
    4.3.2 微观分析（SEM）  56-58
    4.3.3 微波介电性能研究  58-63
  4.4 本章小结  63-64
结论  64-66
参考文献  66-73
攻读硕士学位期间取得的研究成果  73-74
致谢  74-75
附件  75

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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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