BaO-TiO2-ZnO系介质陶瓷及微波测试技术研究

论文题目: BaO-TiO2-ZnO系介质陶瓷及微波测试技术研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 微电子学与固体电子学

作者: 王国庆

导师: 吴顺华

关键词: 微波陶瓷材料,添加剂,波导法,开式腔谐振法,人工神经网络

文献来源: 天津大学

发表年度: 2005

论文摘要: 论文主要研究了BaO-TiO2-ZnO（BTZ）系微波陶瓷材料和微波介电性能测试两方面的问题。通过改变BTZ系统的Ti/Ba比和ZnO含量,并添加适量的Nb2O5、SnO2和MnCO3等物质,改变陶瓷的微观结构和烧结性能,将烧结温度从高温降至中温（1160℃）,并获得了优异的介电性能。Zn2+和Nb5+联合取代Ti4+可形成复合型固溶体,产生液相烧结。Sn4+取代Ti4+,形成置换型固溶体,降低体系自由能,降低烧结温度。Sn4+和变价的Mn2+充当氧化剂,抑制Ti4+的还原,提高了系统的Q值。通过添加玻璃,可使烧结温度进一步降低到低温（960℃）。通过控制预烧温度、烧结温度、球磨时间等工艺参数,调节系统的相组成和微观结构,从而得到优异的介电性能。预烧过程中生成的中间相BaTi5O11等对于主晶相BaTi4O9和Ba2Ti9O20的生成具有重要意义。改变烧结温度可以显著调节陶瓷的致密度和介电参数。球磨工艺能够促进粉体细化和改变系统组分,对介电性能也有重要影响。研究得到两种BTZ系微波陶瓷材料,有关参数如下:在微波陶瓷介电性能测试方面,采用了波导法和开式腔谐振法。对于波导法,利用最小二乘法和迭代法成功解决了厚度谐振和多值问题。分析表明这种算法在介电常数随频率变化率较大时也非常有效。　对于开式腔谐振法,给出了三种不同的算法:（1）线性插值或三次样条插值;（2）基于最小二乘法的经验公式（适于手算）;（3）人工神经网络。分析了有关算法的精度、复杂度等问题。对神经网络算法,根据问题的特点选用部分神经网络模型,明显简化了计算,提高了速度。对微波材料测试及相关领域的研究具有重要意义。

论文目录:

中文摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 微波介质陶瓷

1.1.1 微波及其波段划分

1.1.2 微波介质陶瓷的介电性能

1.1.3 常见的微波介质陶瓷

1.1.4 微波介质陶瓷的应用

1.2 微波介质陶瓷的介电性能测试

1.2.1 常见的微波介电性能测试方法

1.2.2 传输线法

1.2.3 谐振法

1.2.4 自由空间法

1.3 人工神经网络及其应用简介

1.3.1 什么是人工神经网络

1.3.2 人工神经网络的结构

1.3.3 人工神经网络的学习方式

1.3.4 人工神经网络的特点

1.3.5 人工神经网络的应用

1.4 本文主要研究内容及创新点

1.4.1 主要研究内容

1.4.2 本文的创新点

第二章 实验与分析

2.1 实验工艺流程

2.2 样品测试与微观分析

2.2.1 测试与分析仪器

2.2.2 密度测试

2.2.3 高频介电性能测试

2.2.4 微波介电性能测试

2.2.5 电容器频率特性测试

2.2.6 样品的微观分析

第三章 BaO－TiO_2系的富钛区化合物

3.1 BaTi_2O_5的结构与性能

3.2 BaTi_5O_(11)的结构与性能

3.3 Ba_6Ti_(17)o_(40)和Ba_4Ti_(13)O_(30) 的结构与性能

3.4 BaTi_4O_9的结构与性能

3.5 Ba_2Ti_9O_(20)的结构与性能

第四章 BaO-TiO_2-ZnO 系陶瓷结构与性能研究

4.1 Ti/Ba比对BTZ系陶瓷结构和介电性能的影响

4.1.1 Ti/Ba比对BTZ系陶瓷密度的影响

4.1.2 Ti/Ba比对BTZ系陶瓷相组成的影响

4.1.3 Ti/Ba比对BTZ系陶瓷介电性能的影响

4.2 ZnO 对BTZ系陶瓷结构和介电性能的影响

4.2.1 ZnO 对BTZ系陶瓷烧结温度和密度的影响

4.2.2 ZnO 对BTZ系陶瓷微观结构的影响

4.2.3 ZnO 对BTZ系陶瓷介电性能的影响

4.3 Nb_2O_5 对BTZ 系陶瓷结构和介电性能的影响

4.3.1 Nb_2O_5对BTZ系陶瓷相组成的影响

4.3.2 Nb_2O_5对BTZ系陶瓷介电性能的影响

4.4 SnO_2对BTZ系陶瓷结构和介电性能的影响

4.4.1 SnO_2对BTZ系陶瓷烧结性能的影响

4.4.2 SnO_2对BTZ系统介电性能的影响

4.5 MnCO_3对BTZ系陶瓷结构和介电性能的影响

4.5.1 MnCO_3对BTZ系陶瓷相对密度的影响

4.5.2 MnCO_3对BTZ系陶瓷介电性能的影响

4.6 玻璃对BTZ系陶瓷结构和介电性能的影响

4.6.1 实验过程概述

4.6.2 玻璃对BTZ系陶瓷微观结构的影响

4.6.3 玻璃对BTZ系陶瓷相对密度的影响

4.6.4 玻璃对BTZ系陶瓷介电性能的影响

第五章 BaO-TiO_2-ZnO 系陶瓷的工艺研究

5.1 预烧温度对BTZ系陶瓷结构和介电性能的影响

5.1.1 预烧温度对BTZ系陶瓷相组成的影响

5.1.2 预烧温度对BTZ系陶瓷微观结构的影响

5.1.3 预烧温度对BTZ系陶瓷介电性能的影响

5.2 烧结温度对BTZ系陶瓷结构和介电性能的影响

5.2.1 烧结温度对 BTZ 系陶瓷密度的影响

5.2.2 烧结温度对BTZ系陶瓷微观结构的影响

5.2.3 烧结温度对BTZ系陶瓷介电性能的影响

5.3 球磨时间对BTZ系陶瓷结构和介电性能的影响

5.3.1 球磨时间对BTZ系陶瓷粉体粒度分布的影响

5.3.2 球磨时间对BTZ系陶瓷粉体成分的影响

5.3.3 球磨时间对BTZ系陶瓷相对密度的影响

5.3.4 球磨时间对 BTZ系陶瓷介电性能的影响

5.4 BTZ 系陶瓷的介电性能及频率特性

第六章 微波陶瓷介电性能的波导测试法

6.1 矩形波导及其工作模式

6.1.1 一般均匀波导的场分布

6.1.2 矩形波导的场分布

6.1.3 矩形波导的截止特性

6.1.4 矩形波导的 TE_(10)模

6.2 波导法的测试装置及其特性

6.2.1 由材料参数推导S参数

6.2.2 波导法测试装置的特性

6.3 复介电常数的求解

6.3.1 多值问题与厚度谐振问题

6.3.2 复介电常数的求解

6.3.3 最小二乘法的适用范围分析

第七章 微波陶瓷的开式腔测试法及神经网络实现

7.1 开式腔测试装置的结构及其工作模式

7.1.1 开式腔谐振法的测试装置

7.1.2 开式腔的工作模式

7.2 开式腔谐振法的计算过程

7.2.1 开式腔谐振法的传统算法及插值算法

7.2.2 利用插值计算α和F(α, β)

7.3 介电常数与谐振频率的关系及经验公式

7.3.1 由谐振频率求介电常数

7.3.2 由介电常数求谐振频率

7.3.3 经验公式的计算精度分析

7.4 开式腔谐振法的神经网络实现

7.4.1 完全神经网络模型

7.4.2 部分神经网络模型

第八章 结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢

发布时间: 2007-07-10

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