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本文以ZriO-Nb2O5-TiO2陶瓷(简称ZNT陶瓷)为研究对象,采用掺杂氧化物的方式降低其烧结温度。用XRD、SEM等分析手段及开腔谐振法进行测试,对ZnO-Nb2Os-TiO2陶瓷相成分、微观结构及介电性能进行了深入的研究,并探讨了体系微观结构的变化与介电性能之间的关系。主要内容如下:
(1)用Ti4+取代Nb5+的方法来调控ZnO-Nb2O5-xTiO2陶瓷的谐振频率温度系数,并研究该体系的相成分、微观结构及介电性能。发现不掺杂任何助剂的情况下,当x=1.75时,在1050℃时烧结4h后,该材料具有良好的介电性能:εr=44.61,QX f=25313GHz,τf=-12.94 ppm/℃。在此基础上,单独掺杂2.0wt.%的CuO,可将烧结温度降低至1000℃,其介电性能为:εr=42.79,Q×f=13739GHz,τf=-3.98 ppm/℃。
(2)研究了复合掺杂铜和硼的氧化物对ZNT陶瓷的显微组织结构与介电性能的影响及降低ZNT陶瓷烧结温度的机理;发现掺杂2.0wt.% CuO和2.0wt.% B2O3,可将ZnO-Nb2O5-1.75TiO2陶瓷的烧结温度降低到975℃,具有良好的介电性能:εr=40,Qxf=17009GHz,τf=-11.67 ppm/℃。
(3)采用添加双重氧化物的方法来进一步降低ZNT陶瓷的烧结温度并可提高其绝缘电阻,但εr和Qxf值又会减小。由于Mg2+起到电价补偿的作用,所以能够改善ZNT材料的介电性能,并显著提高绝缘电阻。发现掺杂2.0wt.%CuO、3.0wt.%2ZnO·3B2O3、0.1mol.%MgO的ZNT陶瓷,在950℃下保温4h后具有良好的介电性能:εr=35.77,Qxf=15298GHz,τf=-0.9ppm/℃,p>2.0×1014Ω·cm。该材料体系与Ag90Pd10电极兼容性良好,可用于制造高可靠性的微波元器件。
(4)用化学法制备出了不同比例和不同反应温度的银钯复合粉,制得的银钯粉纯度高,在35℃下反应生成的Ag90Pd10粉的粒径分布在0.3~0.6μm之间,在0.5μm附近,颗粒出现的相对百分率频率最大,但团聚现象严重。
(5)用溶胶-凝胶法制备出纳米级的ZnTiO3前躯体粉末,再制备成ZriTiO3微波介质陶瓷,并研究了其介电性能。发现了在900℃下烧结、掺杂l.Owt.% B2O3的ZnTiO3陶瓷,其Qxf=49046GHz,比用固相合成法制备的ZnTiO3陶瓷的Qxf值还高。