添加高介电材料的氮化硅基复合陶瓷的制备及性能研究

发布时间：2019-02-23 13:49

【摘要】：本实验采用气氛压力烧结工艺,分别向Si3N4中掺加CaTiO3、BaTiO3,来制备综合性能良好的CaTiO_3-Si_3N_4复合陶瓷、BaTiO_3-Si_3N_4复合陶瓷。在烧结温度1650℃、1700℃、1750℃,烧结压力为4MPa,保温时间为2小时的工作条件下,通过气氛压力工艺分别制备了掺加15wt.%CaTiO3的CaTiO_3-Si_3N_4复合陶瓷,掺加15wt.%BaTiO3的BaTiO_3-Si_3N_4复合陶瓷,测试结果表明,随着温度的升高材料的抗弯强度显著增强,陶瓷材料的介电常数和介电损耗随烧结温度升高而增大。烧结温度的升高有利于Si3N4基复合陶瓷的致密化,改善了陶瓷材料的介电性能,最终确定适宜的烧结温度为1750℃。在烧结温度1750℃,烧结压力为4MPa,保温2h的工艺条件下,通过气氛压力烧结工艺制备了CaTiO_3-Si_3N_4复合陶瓷,研究CaTiO3的掺加量对复合陶瓷力学、介电、微观结构的影响。实验结果表明:CaTiO3掺加量为15wt.%时,复合陶瓷的抗弯强度、弹性模量、断裂韧性、密度、气孔率、收缩率分别达到了最大值:606MPa、246GPa、6.9MPa·m1/2、3.29g/cm3、2.7%、20.43%。介电常数随着CaTiO3掺加量的增加由7.6升高到9.6,掺加量一定时,试样介电常数在10~12GHz的测试频率内基本不变。介电损耗角正切随CaTiO3掺加量的增加,整体呈降低趋势,在0.0034-0.016之间变化。掺加15wt.%CaTiO3的氮化硅基复合陶瓷满足ε大于8,tanδ小于0.01,且抗弯强度高于580MPa的Si3N4基复合陶瓷的要求。在烧结温度1750℃,烧结压力为4MPa,保温2h的工艺条件下,通过气氛压力工艺制备了BaTiO_3-Si_3N_4复合陶瓷。实验结果表明:BaTiO3掺加量为15wt.%时,复合陶瓷的抗弯强度、弹性模量、断裂韧性、密度、气孔率、收缩率分别达到最大值:814MPa、243GPa、8.21MPa·m1/2、3.29g/cm3、1.9%、19.08%。介电常数随BaTiO3掺加量的增加由7.0升高到8.9,掺加量一定时,试样介电常数在10~12GHz的测试频率内介电常数基本不变。介电损耗角正切随BaTiO3掺加量的增加,整体呈降低趋势,介电损耗角正切值在0.002-0.024之间变化。掺加15wt.%BaTiO3的氮化硅基复合陶瓷满足ε大于8,tanδ小于0.01,且抗弯强度高于580MPa的Si3N4基复合陶瓷的要求。
[Abstract]:BaTiO _ 3-Si _ 3N _ 4 composite ceramics and BaTiO _ 3-Si _ 3N _ 4 composite ceramics were prepared by adding CaTiO3 and BaTiO3 into Si3N4, respectively. 15wt.% CaTiO3-doped CaTiO _ 3-Si _ 3N _ 4 composite ceramics with 15wt.% BaTiO3 and 15wt.% BaTiO3-doped BaTiO _ 3-Si _ 3N _ 4 composite ceramics were prepared under the working conditions of the sintering temperature of 1650 鈩，

本文编号：2428894