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高Q、低ε微波介质陶瓷的结构与性能

作　者: 苏未安
导　师: 刘鹏
学　校: 陕西师范大学
专　业: 天体物理学
关键词: 高Q、低ε微波介质陶瓷 序刚玉结构 Mg4Nb2O9系列陶瓷 Q·f值 谐振频率温度系数τ_f
分类号: TQ174
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要


微波通信的高频化对微波材料和电子封装陶瓷提出了很高的要求:高的Q·f值和不同的介电常数ε。刚玉结构的α-Al2O3陶瓷具有非常高的Q·f值（Q·f=300 000 GHz）和相对较低的介电常数ε（～10）,被广泛的用作基板材料和电子封装陶瓷。然而,氧化铝陶瓷的烧结温度和谐振频率温度系数τf,限制了它作为低温烧结基板材料的进一步发展。Mg4Nb2O9具有与α-Al2O3相似的晶体结构,Q·f值可以达到350 000 GHz,介电常数ε与α-Al2O3陶瓷接近,而烧结温度却降低了200～400℃。因此,Mg4Nb2O9可望成为取代氧化铝陶瓷的新一代高Q值基板陶瓷。 本文系统的研究了Mg4Nb2O9的合成及该系列陶瓷的结构与性能。主要实验结果如下: （1）以Mgo和Nb2O5为初始原料5h合成Mg4Nb2O9时,在600℃～1500℃的温度范围内得不到纯净的Mg4Nb2O9物相;在600℃～700℃的范围内,由Mgo、Nb2O5和MgNb2O6三物相组成;700℃～950℃,MgO、Nb2O5、MgNb2O6和Mg4Nb2O9四相共存;当Tc≥950℃C时,Nb2O5消失;Mg5Nb4O15在1250℃出现,MgNb2O6在1300℃时消失;Mg4Nb2O9的最佳合成温度是1400℃,该温度下5小时合成的化合物由Mg4Nb2O9、MgO和Mg5Nb4O15三物相组成,Mg4Nb2O9的相含量尺为95.71%。 （2）、烧结后的陶瓷由Mg4Nb2O9和Mg5Nb4O15两物相组成。物相合成条件对陶瓷的物相含量和Mg4Nb2O9的晶胞参数产生的影响不明显;合成粉末中的MgO和MgNb2O6在烧结时会向Mg4Nb2O9和Mg5Nb4O15转化,这样的反应会阻碍晶粒的过分长大,晶粒随着粉末合成温度的升高而增大,而Q·f值则降低;烧结温度对Mg4Nb2O9陶瓷性能影响显著,而保温时间对Mg4Nb2O9陶瓷性能影响较小。900℃、2小时合成物相,1350℃、10小时烧结的该陶瓷具有最佳的微波性能:ε=12.00,Q·f=194 820 GHz（中心频率为8.400 GHz）。 （3）用锑元素取代铌元素时,Mg4(Nb2-xSbx)O9在x≤1.6的范围内形成了连续固溶体,具有与Mg4Nb2O9相同的物相结构,晶胞参数a、c轴长和晶胞体积均随锑元素添加量的增多而降低,当x=2.0时,Mg4Sb2O9晶胞的轴长和体积发生了突变,相结构发生了变化,在1.6<x<2的范围内,Mg4Nb2O9与Mg11Sb4O21两

全文目录


第一章 绪论  10-17
  §1.1 微波介质陶瓷的性能及其分类  10-13
  §1.2 微波介质陶瓷的研究历史和现状  13-14
  §1.3 本研究的意义及任务  14-17
第二章 Mg_4Nb_2O_9系列微波介质陶瓷的制备工艺及性能表征  17-24
  §2.1 Mg_4Nb_2O_9系列陶瓷的制备工艺  17-21
  §2.2 Mg_4Nb_2O_9微波陶瓷的性能及其表征  21-23
    §2.2.1 烧结性能的表征  21-22
    §2.2.2 材料结构的表征  22
    §2.2.3 介电性能的测试表征  22-23
  §2.3 本章小结  23-24
第三章 Mg_4Nb_2O_9的合成及性能  24-44
  §3.1 Mg_4Nb_2O_9的合成  24-28
  §3.2 合成条件对Mg_4Nb_2O_9陶瓷性能的影响  28-35
  §3.3 烧结条件对Mg_4Nb_2O_9陶瓷性能的影响  35-40
    §3.3.1 烧结温度对性能的影响  35-38
    §3.3.2 烧结时间对性能的影响  38-40
  §3.4 本章小结  40-44
第四章 Mg_4(Nb_(2-x)Sb_x)O_9微波陶瓷的结构与性能  44-54
  §4.1 样品制备  44
  §4.2 Mg_4(Nb_(2-x)Sb_x)O_9(0≤x≤2)陶瓷的烧结性能  44-47
  §4.3 相结构和显微组织结构  47-51
  §4.4 微波介电性能  51-53
  §4.5 本章小结  53-54
第五章 Mg_4Nb_2O_9陶瓷τ_f值的调整--添加TiO_2对结构与性能的影响  54-65
  §5.1 样品制备  54
  §5.2 烧结特性  54-59
  §5.3 物相组成和显微组织结构  59-63
  §5.4 微波介电性能  63-64
  §5.5 本章小结  64-65
第六章 低温烧结Mg_4Nb_2O_9微波陶瓷  65-79
  §6.1 样品制备  65
  §6.2 添加V_2O_5对Mg_4Nb_2O_9陶瓷烧结性能的影响  65-68
  §6.3 添加V_2O_5对Mg_4Nb_2O_9陶瓷相结构及其显微组织的影响  68-76
  §6.4 添加V_2O_5对Mg_4Nb_2O_9陶瓷微波介电性能的影响  76-78
  §6.5 本章小结  78-79
总结  79-81
参考文献  81-89
致谢  89-90
攻读学位期间的研究成果  90-91

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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
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