多孔介电材料热电行为研究
本文关键词:多孔介电材料热电行为研究
【摘要】:透波材料要求在恶劣极端环境下最大程度的透过电磁波,并且希望它能够承受结构与温度等方面的要求[1]。透波材料已在火箭、飞船、武器等航天飞行器等中具有非常广泛的应用,要求其是一种低介电常数、低损耗的介质材料。由于受到气压温度的影响也要求材料电气结构性能的温度变化系数小甚至不变。氧化硅具有较低介电常数和介电损耗,在航天领域得到了充分的应用,但由于其机械性能和抗腐蚀性能较差无法满足航天科技快速发展对透波材料的要求。氮化硅具有优良的抗腐蚀、较高的机械强度和满意的介电性能,我们试图用氮化硅体系材料替换氧化硅材料。在满足对应机械性能的条件下,我们试图采用多孔结构进一步降低氮化硅材料的介电常数和介电性能,本论文的研究内容主要包括:1、结合电介质物理等基本理论,对氮化硅,二氧化硅的极化因素进行充分的分析讨论,从微观角度出发建立了氧化硅,氮化硅等物质介电常数、介电损耗、介电常数温度系数等在高温高频下的数学模型,与实验的结果拟合,并且定量分析了各种变量对介电性能值的影响灵敏度。2、通过分析不同的两相复合模型,建立了多孔氧化硅,氮化硅材料的数学模型,研究了可能对介电性能有影响的各种因素,如孔隙率,频率以及杂质离子等,并定量的计算了它们对介电性能的影响程度;其中详细分析讨论了,碱金属与碱土金属离子大幅度提高介电损耗的原因,并通过模型推导验证。3、对多孔二氧化硅陶瓷掺杂高温微波性能进行了研究,分析二氧化硅分别掺入二氧化钛、氧化锆、碳化硅,莫来石组成的多孔复合材料的介电性能。比较对应复合材料的介电性能,得到性能最优异的掺杂物质,并给出对应机理分析。4、对多孔氮化硅陶瓷掺杂高温微波性能进行了研究,多孔氮化硅材料分别掺入一定质量分数氧化铝、氧化钇,分析不同掺杂对其介电性能的影响。5、针对材料的极化机制,结合界面态理论、缺陷等相关理论,系统的分析了复合材料中的介电损耗的产生机理。6、结合前面仿真结果和相关介电性能测试结果,联系材料的介电机制分析,给予相应的解释与验证。并对测试中发现的新物相游离硅和氮氧化硅进行深入分析。
【关键词】:氧化硅 氮化硅 透波 介电常数 介电损耗
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TQ174.1
【目录】:
- 摘要5-6
- ABSTRACT6-10
- 第一章 绪论10-17
- 1.1 引言10
- 1.2 透波材料的基本性能要求10-11
- 1.3 透波复合材料体系与国内外研究进展11
- 1.4 电介质极化理论11-15
- 1.4.1 复介电常数及计算模型12-13
- 1.4.2 复合介质介电性能的计算13-15
- 1.5 本文研究目的和主要研究内容15-17
- 第二章 电介质的介电行为模型17-27
- 2.1 电介质的介电常数模型17-22
- 2.1.1 克劳修斯-莫索缔方程17-19
- 2.1.2 洛仑兹内电场的修正19-21
- 2.1.3 复介电常数模型21-22
- 2.2 电介质的介电损耗模型22-27
- 2.2.1 弛豫损耗22-23
- 2.2.2 电导损耗23-27
- 第三章 二氧化硅介电行为研究27-37
- 3.1 二氧化硅玻璃的性质27-28
- 3.1.1 二氧化硅玻璃的微观结构27-28
- 3.1.2 二氧化硅玻璃用于导弹天线罩的优势28
- 3.2 固态二氧化硅玻璃极化机制分析28-36
- 3.2.1 固态二氧化硅介电常数29-33
- 3.2.2 固态二氧化硅损耗33-36
- 3.3 本章小结36-37
- 第四章 二氧化硅复合电介质材料介电行为建模分析37-58
- 4.1 二氧化硅复合材料建模处理37
- 4.2 复合材料主要组分物质介电特性研究37-45
- 4.2.1 Al_2O_3介电常数与介电损耗38-39
- 4.2.2 SiC介电常数与介电损耗39-41
- 4.2.3 TiO_2介电常数与介电损耗41-42
- 4.2.4 ZrO_2介电常数与介电损耗42-44
- 4.2.5 莫来石介电特性建模分析44-45
- 4.3 隔热瓦介电特性建模分析45-46
- 4.4 隔热瓦介电特性建模与实测分析46-48
- 4.5 纳米透波/隔热材料介电特性建模分析48-55
- 4.5.1 TiO_2辐射剂透波隔热材料介电特性48-50
- 4.5.2 ZrO_2辐射剂透波隔热材料介电特性50-51
- 4.5.3 SiC辐射剂透波隔热材料介电特性51-52
- 4.5.4 TiO_2 ZrO_2 SiC辐射剂透波隔热材料介电特性比较分析52-53
- 4.5.5 ZrO_2辐射剂透波隔热材料介电特性建模结果与实测比较分析53-55
- 4.6 隔热材料成果软件形式55-57
- 4.6.1 隔热瓦研究成果软件形式55-56
- 4.6.2 纳米透波隔热材料研究成果软件形式56-57
- 4.7 本章小结57-58
- 第五章 氮化硅及其复合体系材料介电行为建模分析58-73
- 5.1 致密氮化硅介电性能分析58-62
- 5.1.1 致密氮化硅介电常数58-59
- 5.1.2 固态氮化硅损耗59-62
- 5.2 氮化硅复合材料建模分析62-69
- 5.2.1 氧化铝添加剂的氮化硅复合材料(编号为P)建模分析62-64
- 5.2.2 固态氧化钇介电行为建模分析64-66
- 5.2.3 氧化钇添加剂的氮化硅复合材料(编号为 5Y04)建模分析66-69
- 5.3 氮化硅复合材料气压演变分析69-71
- 5.4 氮化硅基复合材料(P样品和 5Y04样品)材料成果软件形式71-72
- 5.4.1 P样品研究成果软件形式71
- 5.4.2 5Y04样品研究成果软件形式71-72
- 5.5 本章小结72-73
- 第六章 结论与展望73-75
- 6.1 结论73-74
- 6.2 前景展望74-75
- 致谢75-76
- 参考文献76-79
- 攻硕期间取得的研究成果79-80
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