高导热金刚石膜微波衰减材料的研究
发布时间：2021-04-04 04:25
随着电真空器件向着小型化,高功率化方向发展,这对微波衰减材料的导热率提出越来越高的要求。目前,国内外的衰减材料大多采用陶瓷基复合材料,由于复合材料中存在界面等缺陷会导致声子发生散射,且陶瓷材料本身热导率存在极限,使得这类复合材料的导热率存在一定的瓶颈,一般难以超过2 W/cm·K。因此,为进一步提高衰减材料的热导率,需要克服目前陶瓷材料热导率限制的问题。目前,已知的体材料中热导率最高的为金刚石,但将金刚石用作衰减材料的相关应用报道极少。为了满足微波衰减材料的应用需求,本文采用硼掺杂及激光石墨化的方法在金刚石基体内部引入衰减相,并探索硼杂质浓度及石墨纤维长度等参量对微波损耗的影响。论文首先针对金刚石膜材料相对较薄,在复介电常数测试过程中误差较大的问题,提出了一种新的算法。新算法基于一种传统的含有优化因子的传输/反射（T/R）算法,新算法改善了原有的优化因子取值方法。结果证明新算法的计算结果较原有算法具有明显的优越性。其次,论文采用微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）方法原位合成了掺硼金刚石膜。其中硼杂质浓度范围为1.2×1018-1.5×1020 cm-3。采用T/R方法测量其在K（1...
【文章来源】： 丁明辉 北京科技大学
【文章页数】：117 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１束缚电荷跳跃极化示意图??在外加电场的情况下，电介质材料中的某些束缚电荷（离子、空位、电子??或空穴等可能会从一个位置跳跃到相的另一置，产生所谓的跃化
?北京科技大学博士学位论文???．?ｙ??Ｐ?偶极子???［?ｍｍ）??１０３?，〇＂?，ｏｓ?１０，Ｊ?１０，ｓ?ｆ．Ｈｚ??ＭＷ?ｆｆｌ?Ｖ?ＵＶ??图２－２电介质的介电常数和耗散因子随频率的变化关系??３）干涉型损耗??干涉型吸波材料１３７］，是指材料表面的反射波与进入材料后由反射衬底返??回的反射波发生相干，从而使得总回波减小或消失的一类材料。它由一个薄??吸收层涂敷于金属基体上构成。此类吸波材料的吸收频段较窄，吸波性能随??入射角度的增大而迅速下降，但是此类材料能达到很薄的标准。由于其厚度??与吸收电磁波的频率相互制约才能达到较为理想的吸收效果，因此大大地限??制了其应用范围，一般只作为特定的屏蔽材料使用。??４）磁损耗??磁性吸波材料主要是铁氧体及磁性金属等。磁性材料在磁化过程和反磁??化过程中会产生磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗，这些损耗会转变为热量消??失掉［３８］。??磁滞损耗是由于铁磁材料在磁化过程中有畴壁位移和磁畴转动，在交变??磁场中，畴壁位移和磁畴转动所需要的时间高于外加磁场变化周期，从而导??致磁化强度和磁感应强度的变化滞后于磁场强度变化，由此引起磁滞损耗。??磁性材料在交变磁场中会产生涡电流，涡电流大小正比于材料的电导率。与??传导电流相同，涡电流的出现将使得电磁场的能量转化为热能而损耗掉。剩??余损耗指磁损耗中除去磁滞损耗和涡流损耗之外的损耗，在低频和较弱的磁??场中，主要指磁后效损耗；在高频磁场中则主要包括尺寸共振、铁磁共振等??引起的损耗。??５）纳米材料引起的损耗［３８］??纳米材料由于其粒子直径小，不但导致其表面原子数目增加，而且其表
?北京科技大学博士学位论文???，．．，?Ｓａｍｐｌｅ??Ｉｎｃｉｄｅｎｔ?ｗａｖｅ?／??Ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ?ｗａｖｅ?＾／／Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄ?ｗａｖｅ???一一＇广??图２－３采用非谐振方法测试时边界情况??在非谐振算法中，当电磁波从自由空间入射一种材料时，一部分波将在??材料表面发生反射，一部分波会透射过材料继续传播，而当材料具有损耗性??质时，还有一部分波会在材料内部传输时转化成热能损失掉，具体示意图如??图２－３所示。如果我们采用某些装置，如网络分析仪等来收集电磁波反射和??透射的信息，则可以用来推导材料的电磁参数。??此类方法需要将电磁波入射到材料，本质上来说所有的传输线都可以用??来传输电磁波，如同轴线，波导，介质波导，平面传输线和自由空间等。因??此，采用不同的传输线就对应不同的方法，如同轴线法，波导法等。在非谐??振方法测试中会收集电磁波的反射信息和透射信息。因此，此类方法主要分??为反射法和传输／反射法。在反射法中只会应用到电磁波的反射信息，而在传??输／反射法中反射和透射信息都会采用。??（１）反射法??反射法通常采用开口同轴探头法［４Ｇ，４１］，其具体示意图如图２－４所示：??Ｓａｍｐｌｅ??、、／??Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ?ｌｉｎｅ?＼??—丄＿＿＿＿ＪＢ??图２－４开口同轴法测试示意图??－１０?－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]金刚石自支撑膜拉曼光谱1420cm-1特征峰研究[J]. 朱瑞华,刘金龙,陈良贤,魏俊俊,黑立富,李成明. 人工晶体学报. 2015(04)
[2]常压烧结制备AlN-W复合微波衰减材料及其性能研究[J]. 杨振涛,鲁燕萍. 硅酸盐通报. 2013(09)
[3]导电颗粒Mo对AlN/Mo复合陶瓷性能的影响[J]. 于红,杨志民. 稀有金属. 2010(03)
[4]多晶氧化铍陶瓷上金刚石薄膜的生长[J]. 陈永勤,余志明,方梅,魏秋平,陈爽. 中国有色金属学报. 2009(04)
[5]微波管用衰减材料的研究[J]. 石明,鲁燕萍,刘征,高陇桥. 真空电子技术. 2007(03)
[6]AlN-W复相微波衰减材料的性能研究[J]. 陈贵巧,李晓云,丘泰. 中国陶瓷工业. 2006(04)
[7]格栅结构吸波性能探索研究[J]. 蒋诗才,邢丽英,李斌太,陈祥宝. 航空材料学报. 2006(03)
[8]吸波材料的微波损耗机理及结构设计[J]. 李黎明,徐政. 现代技术陶瓷. 2004(02)
[9]大面积光学级金刚石自支撑膜研究进展[J]. 吕反修,唐伟忠,李成明,陈广超,佟玉梅. 红外技术. 2003(04)
[10]干涉型多层吸波材料研究[J]. 黄爱萍,冯则坤,聂建华,何华辉. 材料导报. 2003(04)
博士论文
[1]高导热氮化铝基微波衰减材料的制备及性能研究[D]. 高鹏.北京科技大学 2015
[2]催化法制备纳米金刚石和新金刚石的研究[D]. 温斌.大连理工大学 2006
本文编号：3117722
【文章来源】： 丁明辉 北京科技大学
【文章页数】：117 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２－１束缚电荷跳跃极化示意图??在外加电场的情况下，电介质材料中的某些束缚电荷（离子、空位、电子??或空穴等可能会从一个位置跳跃到相的另一置，产生所谓的跃化
?北京科技大学博士学位论文???．?ｙ??Ｐ?偶极子???［?ｍｍ）??１０３?，〇＂?，ｏｓ?１０，Ｊ?１０，ｓ?ｆ．Ｈｚ??ＭＷ?ｆｆｌ?Ｖ?ＵＶ??图２－２电介质的介电常数和耗散因子随频率的变化关系??３）干涉型损耗??干涉型吸波材料１３７］，是指材料表面的反射波与进入材料后由反射衬底返??回的反射波发生相干，从而使得总回波减小或消失的一类材料。它由一个薄??吸收层涂敷于金属基体上构成。此类吸波材料的吸收频段较窄，吸波性能随??入射角度的增大而迅速下降，但是此类材料能达到很薄的标准。由于其厚度??与吸收电磁波的频率相互制约才能达到较为理想的吸收效果，因此大大地限??制了其应用范围，一般只作为特定的屏蔽材料使用。??４）磁损耗??磁性吸波材料主要是铁氧体及磁性金属等。磁性材料在磁化过程和反磁??化过程中会产生磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗，这些损耗会转变为热量消??失掉［３８］。??磁滞损耗是由于铁磁材料在磁化过程中有畴壁位移和磁畴转动，在交变??磁场中，畴壁位移和磁畴转动所需要的时间高于外加磁场变化周期，从而导??致磁化强度和磁感应强度的变化滞后于磁场强度变化，由此引起磁滞损耗。??磁性材料在交变磁场中会产生涡电流，涡电流大小正比于材料的电导率。与??传导电流相同，涡电流的出现将使得电磁场的能量转化为热能而损耗掉。剩??余损耗指磁损耗中除去磁滞损耗和涡流损耗之外的损耗，在低频和较弱的磁??场中，主要指磁后效损耗；在高频磁场中则主要包括尺寸共振、铁磁共振等??引起的损耗。??５）纳米材料引起的损耗［３８］??纳米材料由于其粒子直径小，不但导致其表面原子数目增加，而且其表
?北京科技大学博士学位论文???，．．，?Ｓａｍｐｌｅ??Ｉｎｃｉｄｅｎｔ?ｗａｖｅ?／??Ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ?ｗａｖｅ?＾／／Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄ?ｗａｖｅ???一一＇广??图２－３采用非谐振方法测试时边界情况??在非谐振算法中，当电磁波从自由空间入射一种材料时，一部分波将在??材料表面发生反射，一部分波会透射过材料继续传播，而当材料具有损耗性??质时，还有一部分波会在材料内部传输时转化成热能损失掉，具体示意图如??图２－３所示。如果我们采用某些装置，如网络分析仪等来收集电磁波反射和??透射的信息，则可以用来推导材料的电磁参数。??此类方法需要将电磁波入射到材料，本质上来说所有的传输线都可以用??来传输电磁波，如同轴线，波导，介质波导，平面传输线和自由空间等。因??此，采用不同的传输线就对应不同的方法，如同轴线法，波导法等。在非谐??振方法测试中会收集电磁波的反射信息和透射信息。因此，此类方法主要分??为反射法和传输／反射法。在反射法中只会应用到电磁波的反射信息，而在传??输／反射法中反射和透射信息都会采用。??（１）反射法??反射法通常采用开口同轴探头法［４Ｇ，４１］，其具体示意图如图２－４所示：??Ｓａｍｐｌｅ??、、／??Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ?ｌｉｎｅ?＼??—丄＿＿＿＿ＪＢ??图２－４开口同轴法测试示意图??－１０?－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]金刚石自支撑膜拉曼光谱1420cm-1特征峰研究[J]. 朱瑞华,刘金龙,陈良贤,魏俊俊,黑立富,李成明. 人工晶体学报. 2015(04)
[2]常压烧结制备AlN-W复合微波衰减材料及其性能研究[J]. 杨振涛,鲁燕萍. 硅酸盐通报. 2013(09)
[3]导电颗粒Mo对AlN/Mo复合陶瓷性能的影响[J]. 于红,杨志民. 稀有金属. 2010(03)
[4]多晶氧化铍陶瓷上金刚石薄膜的生长[J]. 陈永勤,余志明,方梅,魏秋平,陈爽. 中国有色金属学报. 2009(04)
[5]微波管用衰减材料的研究[J]. 石明,鲁燕萍,刘征,高陇桥. 真空电子技术. 2007(03)
[6]AlN-W复相微波衰减材料的性能研究[J]. 陈贵巧,李晓云,丘泰. 中国陶瓷工业. 2006(04)
[7]格栅结构吸波性能探索研究[J]. 蒋诗才,邢丽英,李斌太,陈祥宝. 航空材料学报. 2006(03)
[8]吸波材料的微波损耗机理及结构设计[J]. 李黎明,徐政. 现代技术陶瓷. 2004(02)
[9]大面积光学级金刚石自支撑膜研究进展[J]. 吕反修,唐伟忠,李成明,陈广超,佟玉梅. 红外技术. 2003(04)
[10]干涉型多层吸波材料研究[J]. 黄爱萍,冯则坤,聂建华,何华辉. 材料导报. 2003(04)
博士论文
[1]高导热氮化铝基微波衰减材料的制备及性能研究[D]. 高鹏.北京科技大学 2015
[2]催化法制备纳米金刚石和新金刚石的研究[D]. 温斌.大连理工大学 2006
本文编号：3117722
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