α-CaSiO3基微波介質(zhì)陶瓷的組成設(shè)計(jì)與介電性能.pdf

1、隨著微波通訊技術(shù)在航天航空領(lǐng)域的快速發(fā)展，低介微波介質(zhì)陶瓷材料已成為近20年來(lái)的研究熱點(diǎn)，具有低的燒結(jié)溫度（T<1000℃）、低的介電常數(shù)（εr<9）、高的品質(zhì)因數(shù)（Q× f>35000 GHz）和低的諧振頻率溫度系數(shù)（τf<±5 ppm/℃）的陶瓷材料變的越來(lái)越重要。結(jié)合目前低介微波介質(zhì)陶瓷的研究現(xiàn)狀及存在的問題（燒結(jié)溫度高和Q×f值低），本文選取α-CaSiO3基陶瓷為研究對(duì)象，系統(tǒng)的研究了組成設(shè)計(jì)、燒結(jié)工藝、相逆轉(zhuǎn)和微觀結(jié)構(gòu)對(duì)α-

2、CaSiO3基陶瓷微波介電性能的影響。
　　報(bào)道了α-CaSiO3相可以相逆轉(zhuǎn)為β-CaSiO3相，并通過TG-DSC和晶體結(jié)構(gòu)來(lái)分析其相變機(jī)理。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下：
　?。?）研究了不同晶相的粉體對(duì)α-CaSiO3陶瓷微波介電性能的影響，并通過添加TiO2來(lái)調(diào)節(jié)α-CaSiO3陶瓷的諧振頻率溫度系數(shù)。結(jié)果表明：使用1260℃下煅燒的Cyclo-CaSiO3相粉體制備的α-CaSiO3陶瓷具有優(yōu)異的微波介電性能：εr=6

3、.92，Q×f=26611 GHz，τf=-11.14 ppm/℃；1300℃下煅燒的Pseudo-CaSiO3相粉體制備的α-CaSiO3陶瓷微波介電性能較差：εr=6.95，Q×f=18649 GHz，τf=-7.07 ppm/℃。TiO2能有效的調(diào)節(jié)材料的諧振頻率溫度系數(shù)，α-CaSiO3與 TiO2反應(yīng)生成的CaTiSiO5相分布在α-CaSiO3陶瓷的晶界處，抑制了α-CaSiO3陶瓷晶粒的異常長(zhǎng)大，TiO2的添加量為2wt％

4、時(shí)，α-CaSiO3-TiO2陶瓷在1300℃燒結(jié)時(shí)的微波介電性能為：εr=7.86，Q×f=16491 GHz，τf=0.76 ppm/℃。
　?。?）研究了SiO2對(duì)α-CaSiO3陶瓷相變和微波介電性能的影響。結(jié)果表明：SiO2可以抑制α-CaSiO3陶瓷晶粒生長(zhǎng)使內(nèi)應(yīng)力增加，從而抑制Cyclo-CaSiO3相相變?yōu)镻seudo-CaSiO3相并有效的提高陶瓷的微波介電性能，當(dāng)SiO2的添加量為6wt%時(shí)，α-CaSiO3-

5、SiO2陶瓷在1350℃燒結(jié)時(shí)的微波介電性能為：εr=7.37，Q× f=33714 GHz，τf=-11.08 ppm/℃。
　　（3）通過添加Al2O3來(lái)提高α-CaSiO3陶瓷的Q×f值。結(jié)果表明：Al2O3和α-CaSiO3反應(yīng)生成的Ca2Al2SiO7相分布在α-CaSiO3晶粒的晶界處，抑制α-CaSiO3陶瓷晶粒異常長(zhǎng)大并明顯的提高了陶瓷的Q× f值，當(dāng)Al2O3的添加量為2wt%時(shí)，α-CaSiO3-Al2O3陶瓷

6、在1250℃燒結(jié)時(shí)的微波介電性能為：εr=7.39，Q× f=39523 GHz，τf=-13.28 ppm/℃。并通過添加2.5wt%的 TiO2調(diào)節(jié)α-CaSiO3-2wt%Al2O3陶瓷的溫度系數(shù)接近于零（εr=7.88，Q×f=24412 GHz，τf=-0.52 ppm/℃）。
　　（4）研究了 B2O3低溫助燒劑對(duì)α-CaSiO3陶瓷微波介電性能的影響及α-CaSiO3相相逆轉(zhuǎn)為β-CaSiO3相的作用機(jī)理。結(jié)果表明：

7、B2O3低溫助燒劑可以將α-CaSiO3陶瓷的燒結(jié)溫度降低到1100℃。1100℃燒結(jié)時(shí)陶瓷的主晶相由α-CaSiO3相相逆轉(zhuǎn)為β-CaSiO3相，1125℃時(shí)β-CaSiO3相又相變?yōu)棣?CaSiO3相。α-CaSiO3相粉體經(jīng)過相逆轉(zhuǎn)制備的β-CaSiO3陶瓷在1100℃燒結(jié)時(shí)的微波介電性能（εr=6.45，Q× f=31914 GHz，τf=-35.36 ppm/℃）優(yōu)異于β-CaSiO3相粉體制備的β-CaSiO3陶瓷。

8、　　（5）研究了 Li2CO3低溫助燒劑對(duì)α-CaSiO3-2wt%Al2O3陶瓷微波介電性能的影響，并分析了相逆轉(zhuǎn)機(jī)理。結(jié)果表明：Li2CO3可以將α-CaSiO3-2wt%Al2O3陶瓷的燒結(jié)溫度降低到975℃。800℃燒結(jié)時(shí)陶瓷的主晶相由α-CaSiO3相相逆轉(zhuǎn)為β-CaSiO3相。經(jīng)過相逆轉(zhuǎn)制備的β-CaSiO3-Li2Ca4Si4O13陶瓷在975℃燒結(jié)時(shí)的微波介電性能（εr=6.86，Q× f=47067 GHz，τf=-3