堇青石基微波介质陶瓷的制备及性能研究
发布时间：2021-07-03 22:57
随着微波通信逐步往高频化方向发展,保障器件在高频下的工作性能与集成化显得尤为重要。这对微波介质陶瓷提出了更高的要求,即更高的工作稳定性,更低的介电损耗。堇青石(Mg2Al4Si5O18)微波介质陶瓷成本低廉、微波介电性能优异,具有良好的应用前景。本文通过固相法制备Mg2Al4Si5O18陶瓷,研究了制备工艺、掺杂改性等对材料微观结构和微波介电性能的影响。采用控制变量法探究Mg2Al4Si5O18陶瓷的制备工艺。研究了预烧温度和烧结温度对陶瓷微观结构和微波性能的影响,以及其他工艺对陶瓷品质因数的影响。通过改善Mg2Al4Si5O18陶瓷的制备工艺,使微波介电性能获得一定的提升:Q×f=52314 GHz,εr=4.86,...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
微波介质陶瓷的分类示意图
第二章实验过程和性能测试13第二章实验过程和性能测试2.1实验思路本文所有Mg2Al4Si5O18系陶瓷样品均采用传统固相法合成，并使用相同的仪器和设备进行分析与测试。本文主要针对Mg2Al4Si5O18系微波介质陶瓷所存在的问题进行研究，以期望提高它的微波介电性能。研究思路如图2-1：图2-1实验思路图本文的研究思路主要从两个方向出发：一是研究制备工艺对Mg2Al4Si5O18陶瓷性能的影响，主要包括：预烧温度、烧结温度对陶瓷晶体结构和微观形貌以及微波性能的影响和烧结时间、升温速率、球磨时间对陶瓷品质因素的影响；二是通过改变原料的配比或者加入其它氧化物以形成固溶体来调节Mg2Al4Si5O18陶瓷的微观结构和微波介电性能，主要分为：增加氧化镁的含量，抑制莫来石相第二相的生成；加入TiO2进行温度补偿，调节频率温度系数；加入氧化物形成固溶体，提高陶瓷的体积密度和降低烧结温度。
第二章实验过程和性能测试152.3实验工艺工程本实验采用传统固相反应法合成Mg2Al4Si5O18系陶瓷。固相反应是指固体粉料在高温下相互扩散并发生化学反应生成新固体产物的过程。固相烧结法就是通过高温作用使原料之间发生固相反应从而生成目标产物。固相烧结法制备陶瓷材料成本低、工艺简单，适合大规模生产。具体工艺如图2-2所示：图2-2实验流程图本文的具体操作步骤如下：配料：根据陶瓷的化学式和原料的纯度计算实际所使用的各种原料质量，并使用精度为0.001g的电子天平进行称量。称量前需要校准电子天平，保证称量的准确性。称量时电子天平要保持水平，桌面不能晃动，以免产生称量误差。称量不同的原料一定要更换称量纸和药勺（或者使用去离子水清洗药勺），避免不同原料之间的相互污染。对于容易受潮的样品称量之前一定进行烘干，去除原料中的非结晶水，避免原料称量误差。一次球磨：一次球磨具有使原料混合均匀，减小粉料粒径，提高粉料比表面能的作用，有利于促进预烧时混合物料之间发生反应。为了提高球磨的效率和粉料的均匀性，本文选用湿磨法，球磨方式采用行星式球磨法。考虑到球磨的效率和以及可能产生的污染，选用去离子水作为球磨分散剂，选用具有良好耐磨性的锆球作为球磨介质。球磨前需要在球磨机上对锆球和球磨罐清洗30min；球磨时粉料、去离子水和锆球的质量比为1:1.3:5，球磨机转速为280rad/min，球磨时间为8h；球磨后需要将球磨罐和锆球清洗干净。烘干：烘干的目的是去除浆料中的去离子水，获得干燥的粉料。具体过程为：将球磨后的浆料倒入铺上保鲜袋的瓷盘，将瓷盘放入100℃的多功能干燥箱中，保温10-16h后取出瓷盘。为了保证粉料在烘干时不被污染，瓷盘内部以及瓷盘盖上都要使用保鲜膜隔开。过筛：粉料烘干
【参考文献】：
期刊论文
[1]制备工艺对重晶石-硼硅酸盐玻璃陶瓷结构及性能的影响[J]. 雷杰,吴浪,江枫,杨远波,张海洋,康泽. 硅酸盐通报. 2020(04)
[2]超低热膨胀系数堇青石蜂窝陶瓷的原材料特性[J]. 冯胜雷,刘方华,付翔,郭慧,黎长发,彭小英,盛春皓. 非金属矿. 2019(06)
[3]5G通信技术关键材料发展研究[J]. 申胜飞,李茜. 科技中国. 2019(08)
[4]微波介质陶瓷材料应用现状及其研究方向[J]. 马调调. 陶瓷. 2019(04)
[5]制备工艺对钛酸钡陶瓷性能的影响[J]. 贺兴辉,李远亮,郑占申,刘媛媛,李金哲,张一旋,王重言. 陶瓷. 2019(04)
[6]低介电常数微波介质陶瓷研究进展[J]. 胡杰,吕学鹏,张天宇,李真,陈昊元,徐文盛. 材料导报. 2017(S2)
[7]几种典型的微波介质陶瓷材料的研究现状[J]. 高景霞,王二萍,李慧,张金平,晏伯武,张洋洋. 硅酸盐通报. 2014(06)
[8]微波介质陶瓷材料发展综述[J]. 尹雪帆,喻佑华,周川钧,艾凡荣,丁银忠. 中国陶瓷. 2006(04)
[9]新型低介微波介质陶瓷的结构及性能[J]. 朱建华,吕文中,梁飞,汪小红,张景. 电子元件与材料. 2006(03)
[10]微波介质陶瓷的研究现状及发展趋势[J]. 徐建梅,周东祥. 非金属矿. 2001(S1)
博士论文
[1]MgO-TiO2体系微波介质陶瓷材料结构与性能优化研究[D]. 李皓.电子科技大学 2016
硕士论文
[1]CaO-B2O3-SiO2系低温共烧陶瓷的制备及性能研究[D]. 朱啸东.华东理工大学 2019
[2]高Q微波介电陶瓷材料及器件应用研究[D]. 王海宇.电子科技大学 2018
[3]液相法制备氧化铝微波陶瓷及其介电性能研究[D]. 韩伟丹.华北理工大学 2018
本文编号：3263516
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
微波介质陶瓷的分类示意图
第二章实验过程和性能测试13第二章实验过程和性能测试2.1实验思路本文所有Mg2Al4Si5O18系陶瓷样品均采用传统固相法合成，并使用相同的仪器和设备进行分析与测试。本文主要针对Mg2Al4Si5O18系微波介质陶瓷所存在的问题进行研究，以期望提高它的微波介电性能。研究思路如图2-1：图2-1实验思路图本文的研究思路主要从两个方向出发：一是研究制备工艺对Mg2Al4Si5O18陶瓷性能的影响，主要包括：预烧温度、烧结温度对陶瓷晶体结构和微观形貌以及微波性能的影响和烧结时间、升温速率、球磨时间对陶瓷品质因素的影响；二是通过改变原料的配比或者加入其它氧化物以形成固溶体来调节Mg2Al4Si5O18陶瓷的微观结构和微波介电性能，主要分为：增加氧化镁的含量，抑制莫来石相第二相的生成；加入TiO2进行温度补偿，调节频率温度系数；加入氧化物形成固溶体，提高陶瓷的体积密度和降低烧结温度。
第二章实验过程和性能测试152.3实验工艺工程本实验采用传统固相反应法合成Mg2Al4Si5O18系陶瓷。固相反应是指固体粉料在高温下相互扩散并发生化学反应生成新固体产物的过程。固相烧结法就是通过高温作用使原料之间发生固相反应从而生成目标产物。固相烧结法制备陶瓷材料成本低、工艺简单，适合大规模生产。具体工艺如图2-2所示：图2-2实验流程图本文的具体操作步骤如下：配料：根据陶瓷的化学式和原料的纯度计算实际所使用的各种原料质量，并使用精度为0.001g的电子天平进行称量。称量前需要校准电子天平，保证称量的准确性。称量时电子天平要保持水平，桌面不能晃动，以免产生称量误差。称量不同的原料一定要更换称量纸和药勺（或者使用去离子水清洗药勺），避免不同原料之间的相互污染。对于容易受潮的样品称量之前一定进行烘干，去除原料中的非结晶水，避免原料称量误差。一次球磨：一次球磨具有使原料混合均匀，减小粉料粒径，提高粉料比表面能的作用，有利于促进预烧时混合物料之间发生反应。为了提高球磨的效率和粉料的均匀性，本文选用湿磨法，球磨方式采用行星式球磨法。考虑到球磨的效率和以及可能产生的污染，选用去离子水作为球磨分散剂，选用具有良好耐磨性的锆球作为球磨介质。球磨前需要在球磨机上对锆球和球磨罐清洗30min；球磨时粉料、去离子水和锆球的质量比为1:1.3:5，球磨机转速为280rad/min，球磨时间为8h；球磨后需要将球磨罐和锆球清洗干净。烘干：烘干的目的是去除浆料中的去离子水，获得干燥的粉料。具体过程为：将球磨后的浆料倒入铺上保鲜袋的瓷盘，将瓷盘放入100℃的多功能干燥箱中，保温10-16h后取出瓷盘。为了保证粉料在烘干时不被污染，瓷盘内部以及瓷盘盖上都要使用保鲜膜隔开。过筛：粉料烘干
【参考文献】：
期刊论文
[1]制备工艺对重晶石-硼硅酸盐玻璃陶瓷结构及性能的影响[J]. 雷杰,吴浪,江枫,杨远波,张海洋,康泽. 硅酸盐通报. 2020(04)
[2]超低热膨胀系数堇青石蜂窝陶瓷的原材料特性[J]. 冯胜雷,刘方华,付翔,郭慧,黎长发,彭小英,盛春皓. 非金属矿. 2019(06)
[3]5G通信技术关键材料发展研究[J]. 申胜飞,李茜. 科技中国. 2019(08)
[4]微波介质陶瓷材料应用现状及其研究方向[J]. 马调调. 陶瓷. 2019(04)
[5]制备工艺对钛酸钡陶瓷性能的影响[J]. 贺兴辉,李远亮,郑占申,刘媛媛,李金哲,张一旋,王重言. 陶瓷. 2019(04)
[6]低介电常数微波介质陶瓷研究进展[J]. 胡杰,吕学鹏,张天宇,李真,陈昊元,徐文盛. 材料导报. 2017(S2)
[7]几种典型的微波介质陶瓷材料的研究现状[J]. 高景霞,王二萍,李慧,张金平,晏伯武,张洋洋. 硅酸盐通报. 2014(06)
[8]微波介质陶瓷材料发展综述[J]. 尹雪帆,喻佑华,周川钧,艾凡荣,丁银忠. 中国陶瓷. 2006(04)
[9]新型低介微波介质陶瓷的结构及性能[J]. 朱建华,吕文中,梁飞,汪小红,张景. 电子元件与材料. 2006(03)
[10]微波介质陶瓷的研究现状及发展趋势[J]. 徐建梅,周东祥. 非金属矿. 2001(S1)
博士论文
[1]MgO-TiO2体系微波介质陶瓷材料结构与性能优化研究[D]. 李皓.电子科技大学 2016
硕士论文
[1]CaO-B2O3-SiO2系低温共烧陶瓷的制备及性能研究[D]. 朱啸东.华东理工大学 2019
[2]高Q微波介电陶瓷材料及器件应用研究[D]. 王海宇.电子科技大学 2018
[3]液相法制备氧化铝微波陶瓷及其介电性能研究[D]. 韩伟丹.华北理工大学 2018
本文编号：3263516
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