微波介质陶瓷纳米钛酸锌的制备研究

论文摘要

六方密堆积结构的钛铁矿ZnTiO3是一种重要的微波介质材料。由于其具有类似于刚玉的有序结构，在微波频段内具有极低的损耗。它具有优异的介电性能，而且烧结温度低，可用作制备银、铜电极共烧中温低介微波材料。但是烧结温度过高时ZnTiO3会分解生成微波频率及其Q值极低Zn2TiO4和TiO2，从而严重影响了系统的介电性能。基于器件小型化、低成本化的特点和要求，以及ZnTiO3研究现状和存在的问题，本文系统优化了溶胶、凝胶、烧结温度等条件，制备出单一相的纳米ZnTiO3粉体；通过掺杂Mg2+使其取代Zn2+，从而使ZnTiO3相在1100℃下仍保持稳定。具体如下：（1）．无水乙醇、硝酸锌、钛酸丁脂、冰醋酸等浓度及配液次序和pH直接影响着溶胶-凝胶状态特征。干凝胶在850℃热处理5h后，粉体的主晶相为ZnTiO3,粉体颗粒尺寸约为50nm，但含有Zn2TiO4和TiO2相。（2）．干胶先在700℃保温5小时；再以10℃／min的升温速率继续升温至850℃，保温3小时，可以得到的粉体为单一相ZnTiO3粉体，此时粉体的颗粒尺寸约为70 nm。（3）．Mg2+的加入确实使ZnTiO3相在高温下得到了稳定，并且随着Mg2+含量的增加，ZnTiO3相的热稳定性及纯度得到有较提高，当Mg2+的掺杂量为30％时，粉体在1100℃下可烧结成瓷，且保持纯ZnTiO3相。该陶瓷均匀、致密，微波介电性能如下：εr=27．1、Q×f=-59000GHz、τf=-65ppm／℃。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 绪论
• 课题背景及意义
• 微波介质陶瓷概述
• 微波介质陶瓷的理论基础
• 微波介质陶瓷材料的性能及影响因素
• 微波介质陶瓷的主要材料体系
• 微波介质陶瓷的发展趋势
• 纳米材料的基本效应、性能及应用
• 纳米微波介质陶瓷的制备方法
• 2系微波介质陶瓷的研究概况'>ZnO-TiO₂系微波介质陶瓷的研究概况
• 2陶瓷相结构的研究'>ZnO-TiO₂陶瓷相结构的研究
• 3陶瓷的研究'>特殊工艺合成单相ZnTiO₃陶瓷的研究
• 2陶瓷的掺杂改性研究'>ZnO-TiO₂陶瓷的掺杂改性研究
• 2系微波介质陶瓷低温烧结研究'>ZnO-TiO₂系微波介质陶瓷低温烧结研究
• 本文的立题依据及主要研究内容
• 第一章 实验方法
• 1.1 实验药品
• 1.2 实验仪器及设备
• 1.3 测试与表征方法
• 1.3.1 X射线衍射分析及原理
• 1.3.2 扫描电镜
• 1.3.3 热分析
• 1.3.4 陶瓷体积密度的测试
• 1.3.5 陶瓷介电性能的测试
• 1.4 制备方法
• 本章小结
• 第二章 纳米钛酸锌粉体低温制备相关条件研究
• 2.1 引言
• 2.2 溶胶-凝胶的基本原理
• 2.3 溶胶条件及特征研究
• 3）₂·6H₂O乙醇溶液的配制'>2.3.1 Zn（NO₃）₂·6H₂O乙醇溶液的配制
• 4H₉）₄无水乙醇溶液的配制顺序'>2.3.2 Ti（OC₄H₉）₄无水乙醇溶液的配制顺序
• 4H₉）₄浓度的确定'>2.3.3 Ti（OC₄H₉）₄浓度的确定
• 2.3.4 溶胶的配制顺序
• 3凝胶制备的影响'>2.3.5 pH值及温度对ZnTiO₃凝胶制备的影响
• 2.3.6 最佳原料组成
• 3凝胶的TG-DSC分析'>2.4 ZnTiO₃凝胶的TG-DSC分析
• 3粉体的物相分析'>2.5 ZnTiO₃粉体的物相分析
• 2.6 粉体粒径的计算
• 3粉体相转变的影响'>2.7 预处理温度对ZnTiO₃粉体相转变的影响
• 3粉体粒径计算'>2.8 预处理后ZnTiO₃粉体粒径计算
• 本章小结
• 3粉体的制备及表征'>第三章 （Zn,Mg）TiO₃粉体的制备及表征
• 3.1 引言
• 3粉体的制备'>3.2 （Zn,Mg）TiO₃粉体的制备
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 粉体的物相分析
• 3.3.2 陶瓷的物相分析
• 3.3.3 显微结构分析
• 本章小结
• 第四章 介电性能测试及热处理对陶瓷系统的影响
• 4.1 引言
• 4.2 陶瓷样品的体积密度分析
• 4.3 介电常数的分析
• 4.4 品质因数分析
• 4.5 振频率温度系数分析
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢