论文部分内容阅读
氧化铝陶瓷是一种以氧化铝(Al2O3)为主体的陶瓷材料。氧化铝陶瓷因具有机械强度高、硬度大、高温绝缘电阻高、高频介电损耗小、耐化学腐蚀性和导热性良好等一系列优良性能，已被广泛应用于机械、石油、化工、纺织、电子以及冶金等各个行业。由于无线通信的快速发展，低温氧化铝陶瓷作为微波介质材料最近已被应用于谐振器，过滤器，和其他微波通信系统中的关键部件，在技术上和商业上都有重要的作用。 以工业级氧化铝粉末为原料，通过添加多元助剂降低85瓷的烧结温度，并探讨了TiO2/CaO和TiO2/MgO的比值的变化对85瓷致密化过程、结构及介电性能的影响。结果发现，添加多元助剂可以有效地降低85瓷的烧结温度至1350℃，适当调节TiO2/CaO的比值可进一步提高其致密度，当TiO2/CaO比值为0.5时，85瓷在相同温度下烧结的致密度最高。研究同时发现，通过调整TiO2/CaO比，85瓷的介电常数可在8.0-8.8的区间内可控地调节，其变化规律与密度变化趋势一致，另一方面，85瓷的Q×f值较低，且其变化与密度无关，可能与烧结助剂较多且其成份变化较复杂相关。由于在调节TiO2/CaO后，陶瓷的介电性能较差，因此尝试了调节TiO2/MgO的比值，结果发现介电性能仍未能有明显的提高，但是陶瓷的致密度有所提升，这可能是TiO2、MgO对玻璃相粘度的影响导致的。 在85瓷的实验基础上，分别以工业级氧化铝粉末和高纯氧化铝粉末为原料，通过在氧化铝中添加烧结助剂5％SiO2-CaO-MgO-TiO2，降低了95瓷的烧结温度，同时改变MgO/TiO2比值，研究了SiO2-CaO-MgO-TiO2-Al2O3(SCMT-Al2O3)陶瓷的烧结性能以及介电性能，寻找出最佳的MgO/TiO2比值。添加了5wt％SCMT的高纯氧化铝95瓷能在1300℃完成烧结，密度基本都在3.79g/cm3左右，但是工业级氧化铝95瓷在1550℃尚未完全烧结。由于加入了5wt％的烧结助剂，烧结后的样品中除了刚玉相外，还发现了少量的镁铝尖晶石相，镁铝尖晶石影响到了氧化铝陶瓷介电性能，使得陶瓷的介电性能发生规律性变化。相对于普通的氧化铝陶瓷，高纯氧化铝95瓷具有更低的烧结温度，同时拥有不错的介电性能，通过调节MgO/TiO2比值，最佳的MgO/TiO2=1，这时εr=9.8，同时Q×f=30876GHz。 除了常用的85瓷、95瓷，99瓷也是广泛使用的氧化铝陶瓷，在前两章的基础上对99瓷进行了研究，使用降温效果较好的高纯氧化铝粉末为原料，通过添加1wt％SCMT，降低99瓷的烧结温度，可以在1500℃完成烧结，同时改变MgO/TiO2的比值，研究了不同MgO/TiO2比值对于99瓷的烧结性能和介电性能的影响，找出最佳的比值。烧结后的样品运用XRD、SEM手段对其进行表征，由于加入了四种不同种类的烧结助剂同时在高温下烧结，所以烧结后的样品中除了刚玉相外，还有微量的杂相如CaAl2Si2O8相，这都会对陶瓷的介电性能产生影响。总的说来，1wt％的SCMT对陶瓷的低温烧结是有利的，并且通过调节MgO/TiO2比值，在比值为0.2时有最佳的介电性能εr=10，Q×f=84122GHz。