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ZnO-TiO_2基微波介质陶瓷的熔盐法合成及低温烧结的研究

作　者: 李海南
导　师: 喻佑华
学　校: 景德镇陶瓷学院
专　业: 材料学
关键词: 微波介质陶瓷 熔盐法 ZnO-TiO2 低温烧结 微波介电性能
分类号: TQ174.651
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


近年来,随着通信技术的快速发展,微波介质陶瓷材料迅速成为世界范围内的研究热点之一。为了降低成本,同时又要满足微波电路的高集成化和小型化的要求,众多国家加大了新型低烧微波介质材料的研制力度。钛铁矿结构的ZnO-TiO2陶瓷材料以其较低的固有烧结温度和良好的微波介电性能,成为极具发展前途的微波介质陶瓷材料之一,但由于六方相ZnTiO3存在的温度区间较窄,高温下会分解生成微波介电性能较差的Zn2TiO4,极大的限制了其进一步的发展。本文主要采用熔盐法制备出单一相的ZnTiO3粉体,并通过掺杂低熔点氧化物实现ZnO-TiO2陶瓷的低温烧结。具体如下:本文以分析纯ZnO和TiO2为原料,NaCl-KCl（摩尔比1:1）为熔盐,采用熔盐法合成了纯的ZnTiO3粉体。研究了煅烧温度、保温时间以及盐与原料的质量比等因素对粉体的合成及显微形貌的影响。结果表明:当盐与原料质量比为1:1,800℃煅烧1h后所得到的粉体显微形貌较好,晶粒生长充分,呈片状,无明显团聚,尺寸分布均匀。800℃预烧后ZnO-TiO2陶瓷在1100℃烧结2h达到致密化,体积密度可达到理论密度的96.5%,微波介电性能为:εr≈25.3,Qf≈15200 GHz,τf≈+36 ppm/℃。添加Li2CO3-B2O3、Li2CO3-B2O3-V2O5在不同温度下合成ZnO-TiO2陶瓷,并利用XRD、SEM等测试技术手段研究了ZnO-TiO2陶瓷的烧结行为、物相组成、显微形貌特征及微波介电性能等。结果表明,掺杂2wt% Li2CO3-B2O3且在930℃烧结2h的ZnO-TiO2陶瓷的体积密度获得最大值4.96g/cm3,达到理论体积密度的96%,微波介电性能为:εr≈29.8,Qf≈11050 GHz,τf≈+39ppm/℃;掺杂3wt% Li2CO3-B2O3-V2O5且在840℃烧结2h的ZnO-TiO2陶瓷可获得较高的体积密度4.99g/cm3,达到理论密度的96.5%以上,微波介电性能为:εr≈24,Qf≈22900 GHz,τf≈-4ppm/℃。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
1 引言  8-9
2 文献综述  9-27
  2.1 微波介质陶瓷概况  9-16
    2.1.1 微波介质陶瓷的发展历史  9-11
    2.1.2 微波介质陶瓷的性能参数  11-15
    2.1.3 微波介质陶瓷的分类及应用  15-16
  2.2 微波介质陶瓷的低温烧结  16-17
  2.3 ZnO-Ti0_2 系微波介质陶瓷材料概述  17-21
    2.3.1 ZnO-Ti0_2 陶瓷的相结构  17-19
    2.3.2 ZnO-Ti0_2 系陶瓷的研究现状  19-21
  2.4 微波介质陶瓷粉体的合成方法研究现状  21-26
    2.4.1 固相法  22-23
    2.4.2 湿化学合成法  23-24
    2.4.3 熔盐合成法  24-26
  2.5 课题的提出及其意义  26-27
3 熔盐法制备ZnTi0_3 粉体的研究  27-34
  3.1 引言  27
  3.2 实验  27-29
    3.2.1 实验所用原料及设备  27-28
    3.2.2 熔盐制备粉体工艺流程  28-29
    3.2.3 样品表征  29
  3.3 结果与讨论  29-32
    3.3.1 预烧温度对粉体合成的影响  29-30
    3.3.2 保温时间对粉体合成的影响  30-31
    3.3.3 盐与原料的质量比对粉体合成和显微形貌的影响  31-32
  3.4 本章小结  32-34
4 ZnO-Ti0_2 系陶瓷的合成及微波介电性能  34-41
  4.1 引言  34
  4.2 实验  34-35
    4.2.1 实验原料及设备  34
    4.2.2 工艺流程  34-35
    4.2.3 样品的测试与表征  35
  4.3 结果分析与讨论  35-40
    4.3.1 烧结行为的研究  35-36
    4.3.2 物相结构的分析  36-37
    4.3.3 样品显微形貌的分析  37-38
    4.3.4 微波介电性能分析  38-40
  4.4 本章小结  40-41
5 ZnO-Ti0_2 陶瓷的低温烧结研究  41-55
  5.1 引言  41
  5.2 实验  41-43
    5.2.1 实验原料及设备  41
    5.2.2 助烧剂的选择及添加量  41-43
    5.2.3 工艺流程  43
  5.3 Li_2C0_3-B_20_3 复合掺杂ZnO-Ti0_2 陶瓷低温烧结的研究  43-48
    5.3.1 烧结行为的研究  43-44
    5.3.2 物相结构的分析  44-45
    5.3.3 显微形貌的分析  45-46
    5.3.4 微波介电性能分析  46-48
  5.4 Li_2C0_3-B_20_3-V205 复合掺杂ZnO-Ti0_2 陶瓷低温烧结的研究  48-53
    5.4.1 烧结行为的研究  48-49
    5.4.2 物相结构的分析  49-50
    5.4.3 显微形貌的分析  50-51
    5.4.4 微波介电性能分析  51-53
  5.5 本章小结  53-55
6 结论与展望  55-57
  6.1 结论  55-56
  6.2 展望  56-57
致谢  57-58
参考文献  58-62

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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 > 生产过程与设备 > 烧成及设备 > 烧成理论
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