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高频微波衰减陶瓷的制备与频谱特性研究

作　者: 董茜
导　师: 杨志民
学　校: 北京有色金属研究总院
专　业: 材料科学与工程
关键词: 氮化铝微波衰减材料渗流阈值介电性能热导率
分类号: TM25
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

微波衰减材料广‘泛应用于微波电真空器件、消极电子对抗和微波测量系统中。AlN具有适中的介电常数、高的热导率、好的化学和热稳定性以及高的电阻率；导电颗粒Mo、W具有与AlN匹配的热膨胀系数和较高的热导率,可以作为良好的微波衰减剂,因此,AlN/导电颗粒复合陶瓷以其优异的综合性能和对环境的友好性成为替代传统微波衰减材料的最佳选择。然而在AlN/Mo复合微波衰减陶瓷体系中,一方面,复合陶瓷的渗流阂值对原材料和加工工艺极其敏感；另一方面,AlN/Mo复合陶瓷的电阻率特别敏感于Mo的添加量变化,因而形成的电阻突变范围很窄,很难有效地控制电阻率以获得较好的介电性能。因此,这些不利因素成为亟待解决的问题。本文研究的目的就是在探究改变原材料及制备工艺对AlN/Mo复合陶瓷的渗流阈值的影响及由此带来的介电性能的影响的同时,在此基础上通过添加半导体颗粒SiC形成AlN/Mo/SiC复合体系,尝试做到有效而精确控制复合体系电阻率,使其电阻率发生突变的范围得以展宽,最终使复合陶瓷具有高热导率和良好的微波衰减性能。在AlN/Mo复合陶瓷的烧结过程中,混料方式和烧结温度等对AlN/Mo复合陶瓷在无压烧结方式下的烧结致密化起着关键性的作用。另外,导电颗粒Mo的加入有利于AlN/Mo复合陶瓷的致密烧结。在烧结温度为1750℃下,不同Mo含量的样品的致密度均超过了98%,当Mo含量达到32%以上,试样的致密度接近理论致密度。对于改变原料粒径和工艺制备的AlN/Mo复合微波衰减陶瓷,其渗流阈值为37.45%左右,相比于在之前工作中得到23%有了明显的提高。在此基础上测得,AlN/Mo复合陶瓷在渗流闽值附近的介电常数已经变大。但热导率随着Mo的添加量的增加出现下降。SiC的添加对AlN/Mo/SiC的烧结致密度会产生显著的影响,因而选择合适的烧结方式和工艺,调整SiC的添加含量到一个合适的范围,是制备高致密度的AlN/Mo/SiC复合陶瓷的关键。相对于AlN/Mo体系而言,SiC添加后的体系在一定范围内没有再出现电阻率的非线性突变现象,而是随着SiC添加量的增加,电阻率在一定范围内缓慢下降,说明SiC的添加有效地阻断了Mo颗粒形成的渗流通道,从而达到了展宽体系渗流阂值的目的。SiC含量对AlN/Mo/SiC复合陶瓷的介电性能和热导率均有显著影响。其介电常数和损耗随着SiC添加量的增加而增大。复合陶瓷的热导率则呈下降趋势,这和致密度、各相的相对含量,各相的热导率及分布状态有着密切的关系。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-10
1 绪论  10-28
  1.1 引言  10-12
    1.1.1 微波衰减材料概述  10-11
    1.1.2 氮化铝/导电颗粒复合微波衰减陶瓷概述  11-12
  1.2 制备氮化铝基复合微波衰减陶瓷的方法概述  12-15
  1.3 AlN/导电颗粒复合微波衰减陶瓷的电性能  15-22
    1.3.1 电介质的物理参数  15-20
    1.3.2 复合衰减陶瓷的介电理论模型  20-22
  1.4 AlN/导电颗粒复合微波衰减陶瓷的热导率  22-26
    1.4.1 AlN/导电颗粒复合微波衰减陶瓷的导热机理及影响因素  22-24
    1.4.2 提高AlN/导电颗粒复合微波衰减陶瓷热导率的方法  24-26
  1.5 本课题选题依据及主要研究内容  26-28
    1.5.1 选题的依据和意义  26-27
    1.5.2 主要研究内容  27-28
2 实验材料及实验方法  28-33
  2.1 实验材料  28
  2.2 实验方案  28-30
  2.3 实验方法  30-33
    2.3.1 材料结构分析  30
    2.3.2 材料性能分析  30-33
3 AlN/Mo复合微波衰减陶瓷的制备工艺及性能研究  33-49
  3.1 AlN/Mo复合微波衰减陶瓷制备工艺的研究  33-39
    3.1.1 混料方式对复合陶瓷组织均匀性的影响  33-36
    3.1.2 低熔点金属Fe对复合陶瓷烧结性能的影响  36
    3.1.3 烧结温度对致密度的影响  36-38
    3.1.4 Mo的含量对致密度的影响  38-39
  3.2 AlN/Mo复合陶瓷的性能影响探究  39-47
    3.2.1 Mo的含量对AlN/Mo复合陶瓷电阻率的影响  39-43
    3.2.2 Mo含量变化对AlN/Mo复合微波衰减陶瓷介电性能的影响  43-46
    3.2.3 AlN/Mo复合陶瓷热导率的研究  46-47
  3.3 本章小结  47-49
4 无压烧结法制备AlN/Mo/SiC复合陶瓷及性能研究  49-57
  4.1 AlN/Mo/SiC复合陶瓷的制备工艺研究  49-54
    4.1.1 烧结温度对烧结致密度的影响  49-50
    4.1.2 SiC的添加量对AlN/Mo/SiC复合陶瓷烧结致密度的影响  50-52
    4.1.3 Mo的添加量对AlN/Mo/SiC复合陶瓷烧结致密度的影响  52-54
  4.2 AlN/Mo/SiC复合陶瓷介电性能的研究  54-56
    4.2.1 AlN/Mo/SiC复合陶瓷电阻率的研究  54-55
    4.2.2 AlN/Mo/SiC复合陶瓷介电常数的研究  55-56
  4.3 本章小结  56-57
5 放电等离子烧结法制备AlN/Mo/SiC复合微波衰减陶瓷的制备工艺及性能研究  57-67
  5.1 AlN/Mo/SiC复合微波衰减陶瓷的制备工艺研究  57-61
    5.1.1 烧结方式对复合陶瓷致密度的影响  57-59
    5.1.2 SiC含量变化的影响  59-60
    5.1.3 SiC的不同添加量对样品结构和形貌的影响  60-61
  5.2 AlN/Mo/SiC复合陶瓷的性能研究  61-66
    5.2.1 SiC的添加对AlN/Mo/SiC复合陶瓷电阻率的影响  62
    5.2.2 SiC的添加对AlN/Mo/SiC复合陶瓷介电常数的影响  62-65
    5.2.3 AIN/Mo/SiC复合陶瓷的热导率研究  65-66
  5.3 本章小结  66-67
结论  67-69
参考文献  69-74
硕士期间获得的成果  74-75
致谢  75

高频微波衰减陶瓷的制备与频谱特性研究

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