MnO2-CuO-TiO2共掺Al2O3陶瓷低温烧结和微波介电性能的研究

作为重要微波介质材料之一,Al₂O₃陶瓷介电性能优良,在微波电路方面得到广泛应用。但Al₂O₃陶瓷的烧结温度较高,制备工序需消耗大量能源。低成本降低烧结温度对Al₂O₃陶瓷的进一步发展具有重要意义。本论文通过MnO₂-CuO-TiO₂掺杂实现了Al₂O₃陶瓷的低温烧结,并对其烧结行为和微波介电性能进行了研究。结果表明,MnO₂、CuO、TiO₂的质量分数分别为0.7%、0.5%、0.8%时,复合掺杂可以大幅降低Al₂O₃陶瓷的烧结温度,所获陶瓷具有良好的微波介电性能。在烧结温度为1 250℃时,Al₂O₃陶瓷的密度可达3.92 g/cm³,介电常数ε_r=10.02,品质因子与谐振频率的乘积Q×f值...     

TiO2加入量对光固化打印成型Al2O3陶瓷性能的影响

以光敏丙烯酸树脂与分散剂SP-710为液相，以d₅₀=2.38μm的Al₂O₃粉和添加剂TiO₂粉为固相，制备了固含量为78%（w）的Al₂O₃陶瓷浆料。采用数字光固化成型技术（DLP）打印Al₂O₃陶瓷素坯，经1 450、1 500、1 550、1 600℃保温4 h烧后，分析TiO₂加入量（质量分数分别为0、1%、2%、3%、5%）对Al₂O₃陶瓷试样性能的影响。结果表明：TiO₂的加入可促进Al₂O₃陶瓷的烧结，显著提高致密性，降低烧结温度，并确定TiO₂最优掺量为3%（w）,烧结温度最优为1 600℃,此时试样在x轴、y轴、z轴的收缩率分别为15.7%、15.8%与23.8%,显气孔率为2.41%,体积密度为3.74 g·cm^-3,...     

Bi2O3对K2O–B2O3–SrO–Al2O3–Nb2O5–SiO2玻璃陶瓷介电储能性能的影响

随着电力电子系统的不断发展,高功率脉冲电容器的需求增多。电介质电容器因具有放电功率大、充放电速度快及性能稳定等优点,在电力系统、电子器件、脉冲电源等方面发挥着重要作用,广泛应用于民用领域及军事领域。通过熔融压延制备玻璃基体,采用可控结晶工艺研究了不同含量的Bi₂O₃ (x=0.0%、1.0%、2.0%、4.0%,摩尔分数)对K₂O–B₂O₃–Sr O–Al₂O₃–Nb₂O₅–SiO₂玻璃陶瓷物相演化、微观结构、介电和储能性能的影响。在该玻璃陶瓷中,KSr₂Nb₅O₁₅为主要析出晶相,当Bi₂O₃的加入量为x=2.0%(摩尔分数)时,热处理温度为950℃时,玻璃陶瓷样品的储能密度最大可达到1.27 J/cm³,室温下介电常数可达342,是热处...     

防护装甲用抗弹Al2O3陶瓷研究进展

抗弹Al₂O₃陶瓷因其高硬度、低密度以及低成本,在防护装甲领域占有重要地位。本文详尽综述了抗弹Al₂O₃陶瓷的生产原材料选择、制备技术及发展趋势,比较了干压成型、等静压成型、凝胶注模成型及粉末微注射成型技术,与常压烧结、热压烧结、热等静压烧结等烧结工艺对抗弹Al₂O₃陶瓷性能的影响,阐述了发展抗弹Al₂O₃透明陶瓷以满足当代军事需求、抗弹Al₂O₃陶瓷增韧化以克服其高脆性、低韧性的应用屏障,为抗弹Al₂O₃陶瓷的更多应用提供可能。     

Ge4+取代对BaSnSi3O9陶瓷烧结行为和微波介电性能的优化

微波介质陶瓷是制造5G通信元件的关键材料,采用传统的固相反应法制备Ba Sn(Si_1–xGe_x)₃O₉(0≤x≤1.0)微波介质陶瓷,研究Ge⁴⁺取代Si⁴⁺对BaSnSi₃O₉陶瓷烧结行为、晶体结构和微波介电性能的影响。结果表明：BaSnSi₃O₉陶瓷在最佳的1 450℃烧结温度下表现出多孔的微观结构,并呈现较差的微波介电性能(介电常数ε_r=6.61,品质因数Q×f=7 977 GHz (谐振频率为15.03 GHz),τ_f=?37.8×10^–6/℃)。通过Ge⁴⁺对Si⁴⁺的取代能形成Ba Sn(Si_1–xGe_x)₃O₉固溶体,其晶体结构为六方结构和P-6c2空间群。采用...     

Al2O3含量对PbO-CaO-B2O3-SiO2系玻璃析晶行为与烧结性能的影响

PbO-CaO-B₂O₃-SiO₂系玻璃粉体是耐高过载低温共烧陶瓷(LTCC)生瓷带的主要组成部分。玻璃粉体的析晶行为影响烧结性能,进而决定基板的使用性能。本文研究了Al₂O₃含量对PbO-CaO-B₂O₃-SiO₂系玻璃析晶行为与烧结性能的影响。结果表明:向PbO-CaO-B₂O₃-SiO₂系玻璃中引入Al₂O₃可抑制玻璃析晶,防止高膨胀晶相的析出,并提高玻璃烧结密度;不含Al₂O₃的PbO-CaO-B₂O₃-SiO₂玻璃粉体析晶峰温度为862 ℃,烧结过程中析出方石英晶相,20~200 ℃的平均线膨胀系数高达260.8×10^-7 ℃^-1;引入2.1%(质量分数)Al₂O₃可显著抑制玻璃析晶,700 ℃烧结后膨胀系数降低至72.9×10^-7 ℃^-1,介电常数显著增大,由6.30提高至7.02。     

CaO-B2O3-SiO2微晶玻璃的制备及介电性能

低介电常数、低介电损耗的微晶玻璃是制造低温共烧陶瓷基板的重要材料。本文采用熔融水淬法制备了CaO-B₂O₃-SiO₂(CBS)微晶玻璃,重点研究了m(CaO)/m(SiO₂)质量比、B₂O₃含量对CBS微晶玻璃介电性能的影响。结果表明：CBS微晶玻璃的主要晶相有Ca₃Si₃O₉、Ca₂B₂O₅、CaB₂O₄、SiO₂和Ca₂SiO₄。随着m(CaO)/m(SiO₂)质量比的增加,介电常数增加,介电损耗先降低后增加;硅灰石相的增多使介电损耗从2.87×10^-3降到1.36×10^-3,介电损耗随着SiO₂、Ca₂B...     

CaTiO3添加对MgNb2O6微波介质陶瓷性能的影响

为了更好的满足无线通讯高频化的要求,采用固相法制备了温度系数近零的(1–x)Mg Nb₂O₆–xCaTiO₃(x=0,0.02,0.04,0.08,0.12,0.16)微波介质陶瓷。研究了CaTiO₃的加入量对MgNb₂O₆微观结构和介电性能的影响,探究各物相的形成和烧结行为。结果表明：适当的CaTiO₃加入量能够促进MgNb₂O₆的烧结,降低了烧结温度。通过X射线衍射分析,CaTiO₃与MgNb₂O₆在高温时会反应生成CaNb₂O₆和Ti₈O₁₅、Ti₂Nb₁₀O₂₉。增加CaTiO₃的加入量,会降低陶瓷的品质因数Q×f,但同时会提高其介电常数ε     

不同复合烧结助剂对气压烧结Si3N4陶瓷性能的影响

以Y₂O₃/Al₂O₃、Al₂O₃/MgO和Y₂O₃/Al₂O₃/MgO等为复合烧结助剂,研究烧结助剂类别及烧结温度（1 750、1 800、1 850℃）对气压烧结Si₃N₄陶瓷致密化、显微结构以及力学性能的影响。结果表明：以Y₂O₃/Al₂O₃为烧结助剂所制备样品的抗折强度、硬度和断裂韧性优于其他两种复合助剂制备试样的;Y₂O₃/Al₂O₃复合助剂有利于显微结构中高长径比β-Si₃N₄晶粒的形成。当烧结温度为1 800℃时,以Y₂O₃/Al₂...     

多孔Al2O3/SiC、MoSi2/SiC复合材料的制备及吸波性能

以Si、Al₂O₃、MoSi₂微粉和生物竹材为原料,采用包埋烧结法分别制备出SiC多孔材料、Al₂O₃/SiC、MoSi₂/SiC复合材料。采用XRD、SEM及波导法测试其物相组成、显微结构及吸波性能。结果表明：MoSi₂/SiC复合材料的厚度为2 mm时有明显的吸波特性,有效吸收带宽在X波段的9.65~12.4 GHz频率范围内达2.75 GHz,且最低反射损耗为-38.27 dB。Al₂O₃/SiC复合材料孔道内的Al₂O₃与SiC晶须交缠,形成大量电偶极矩,产生介电损耗;MoSi₂/SiC复合材料除介电损耗外还存在电阻损耗,使得复合材料电磁损耗增加,是较有前途的结构功能吸波材料。     

Al2O3掺杂对Cu3Ti2Ta2O12陶瓷微观结构及介电性能的影响

采用固相反应法制备了Al₂O₃掺杂Cu₃Ti₂Ta₂O₁₂ (CTTAO)陶瓷，研究了其晶相组成、微观结构、复阻抗及介电性能。研究结果表明：CTTAO陶瓷样品为立方类钙钛矿结构，空间群Im3。随着Al₂O₃掺量的增加，样品的平均晶粒尺寸、介电系数和介电损耗均先减小后增大。结合复阻抗谱分析表明，CTTAO陶瓷具有半导性晶粒和绝缘性晶界构成的非均匀性微观结构，低频下的介电损耗主要由晶界电阻决定，利用内部阻挡层效应(IBLC)和MaxwellWagner极化弛豫模型，可解释CTTAO的巨介电响应。     

金属铝粉和纳米Al2O3粉对陶瓷结合剂性能的影响

将金属铝粉、纳米Al₂O₃粉引入基础陶瓷结合剂,通过红外光谱分析陶瓷结合剂玻璃结构,X射线衍射表征其物相变化,并测试其耐火度,利用扫描电镜分析陶瓷结合剂立方氮化硼(CBN)复合材料的微观结构,并测试抗折强度,系统分析了金属铝粉、纳米Al₂O₃粉的单掺及复掺对陶瓷结合剂性能的影响。结果表明,金属铝粉使陶瓷结合剂耐火度升高,玻璃结构没有明显改变,部分铝粉转变为Al₂O₃,添加金属铝粉的陶瓷结合剂CBN复合材料抗折强度随烧结温度升高而提高。纳米Al₂O₃粉使陶瓷结合剂耐火度降低,呈玻璃相,但有少量Al₂SiO₅晶体和Li_xAl_xSi_3-xO₆晶体析出,添加纳米Al₂O₃粉的陶瓷结合剂CBN复合材料烧结温度720 ℃时出现较高抗折强度,达93.7 MPa。金属铝粉和纳米Al₂O₃粉的复掺有利于玻璃网络结构的键合,陶瓷结合剂以玻璃相为主,也有少量晶体析出,二者复掺对提高陶瓷结合剂CBN复合材料抗折强度更有优势,但烧结温度也相应升高,烧结温度740 ℃时抗折强度达最高值,为97.4 MPa。     

硅烷偶联剂对氧化铝陶瓷浆料流动性能和3D打印性能的影响

基于光固化3D打印技术需要高固相含量、低黏度的陶瓷浆料以防止烧结陶瓷部件产生裂纹、孔洞、翘曲等缺陷,通过测试流变性能与固化性能,本文优化了树脂单体的选用及配比,采用KH550、KH560、KH570三种硅烷偶联剂对Al₂O₃粉体表面改性,以改善陶瓷浆料的流变性能和稳定性,探讨了硅烷偶联剂降低Al₂O₃陶瓷浆料体系黏度的机理,获得了固相含量为75%(质量分数)(体积分数为45.5%)、黏度为4 540 mPa·s的Al₂O₃陶瓷浆料,并提出了一种光固化Al₂O₃陶瓷浆料制备的优化方法,这有望对用于制备复杂陶瓷的高固含量、低黏度的3D打印Al₂O₃陶瓷浆料提供帮助。     

不同Al2O3/SiO2比的MgO-Al2O3-SiO2微晶玻璃制备及性能研究

本文采用烧结法制备MgO-Al₂O₃-SiO₂(MAS)微晶玻璃，研究不同Al₂O₃/SiO₂质量比对MAS微晶玻璃的微观结构和理化性能的影响，采用X射线衍射、差热分析、红外光谱、扫描电子显微镜对基础玻璃与微晶玻璃的结构和表面形貌进行表征，并对微晶玻璃的密度、力学性能、耐蚀性、热学性能和介电性能进行测试分析。结果表明：随着Al₂O₃/SiO₂质量比从0.52增大至0.64,基础玻璃的玻璃化转变温度T_g增大、析晶峰值温度T_p减小，促使样品析出α-堇青石晶相；样品密度在2.52～2.60 g/cm³波动，介电常数ε_r由1.73增加到4.51,热膨胀系数由4.46×10^-6℃^-1降低到2.38×10^-6℃^-1,介电损耗tan...     

利用核桃壳的形态结构优化Al2O3多孔材料的孔结构和性能

首先将质量分数为5%的ZrO₂溶胶、7%的Al₂O₃溶胶、3%的SiO₂溶胶作为浸渍试剂对核桃壳粉（WSP）浸渍处理。然后以α-Al₂O₃微粉为主原料,以处理后的WSP为造孔剂,制备了Al₂O₃多孔材料。研究了溶胶浸渍处理后WSP对多孔材料孔结构、热导率和力学性能的影响。结果表明,在Al₂O₃多孔材料的孔中可以清楚地观察到WSP的形变,这是优化陶瓷孔结构的重要因素。通过使用质量分数为3%的SiO₂溶胶浸渍处理的WSP,可以获得低热导率(200℃,0.297 W·m^-1·K^-1)和高耐压强度（43.5 MPa）的Al₂O₃多孔材料,并在孔中发现了莫来石的交叉网络结构。     

钨青铜结构化合物(1–x)Ba2NaNb5O15–xSr2KNb5O15准同型相界的组成及其铁电性能

与传统铁电材料相比，具有准同型相界(MPB)的铁电体具有增强的介电、压电和电光性能。通过传统固相烧结技术获得致密的(1–x)Ba₂Na Nb₅O₁₅–x Sr₂KNb₅O₁₅ (BNN–SKN)钨青铜结构陶瓷二元固溶体系，系统研究了BNN–SKN的结构、介电和铁电性能，探究迄今尚未确定的MPB区域。Ccm2与P4bm共存的MPB在x=0.7附近，随着SKN含量的增加，所测样品的相变温度及介电常数均在x=0.7附近取得极值，T_m=170.1℃,ε_{T R}=1 211,ε_m=3 326，给出了BNN–SKN体系的铁电性能，并讨论了该二元体系铁电性变化的影响因素。     

(Mg0.2Co0.2Ni0.2Cu0.2Zn0.2)Fe2O4高熵陶瓷的制备与吸波性能

采用固相反应法制备了单相块体(Mg_0.2Co_0.2Ni_0.2Cu_0.2Zn_0.2)Fe₂O₄高熵尖晶石陶瓷。结合X射线衍射，扫描电子显微镜和能谱仪对制备过程中的物相组成、显微结构和元素分布进行分析。随烧结温度的升高陶瓷材料体积密度增大，气孔率降低，1 200℃烧结所得致密高熵尖晶石陶瓷材料呈单相，元素均匀分布，其弯曲强度和断裂韧性分别达43.00 MPa和1.30 MPa·m^1/2。所制备高熵尖晶石陶瓷对电磁波兼具介电损耗和磁损耗能力，其在3.0 mm处可获得最大的有效吸收带宽为12.37 GHz，是具有一定承载能力和优异宽频吸波性能的陶瓷材料。     

Li(Al1-xBex)SiO4陶瓷的结构及微波介电性能

采用传统的固相反应法合成了Li(Al_1-xBe_x)SiO₄(x=0.005,0.01,0.02,0.03)陶瓷,为了确定Be²⁺进入晶格后所占据的位置,通过CASTEP提供的第一性原理的密度泛函理论计算了Be²⁺所占据的LiAlSiO₄(LAS)不同位置的缺陷形成能和体系总能量,结果表明,Be²⁺占据Al位的LAS体系能量最低,最稳定。探究Be²⁺取代Al³⁺对Li(Al_1-xBe_x)SiO₄(x=0.005,0.01,0.02,0.03)陶瓷的体密度、相组成、烧结特性、微观形貌和微波介电性能的影响。在掺杂Be²⁺之后,烧结温度从1300℃(x=0)降低到1225℃(x=0.03),同时显著提升了LAS陶瓷的品质因数(Q×f)值和谐振频率温度系数(τ_f),能有效降低其介电常数。Li(...     

多阳离子掺杂对(NaLn)Cu3Ti4O12(Ln=Ce;Nd)陶瓷介电性能的影响

高介电的类钙钛矿陶瓷材料的介电性能优化一直是该领域研究热点。本研究采用高温固相法制备了不同烧结温度的(NaLn)Cu₃Ti₄O₁₂ (Ln=Ce;Nd)介电陶瓷材料，探讨了介电陶瓷的物相特性、显微结构和介电性能。结果表明：(NaLn)Cu₃Ti₄O₁₂(Ln=Ce;Nd)系列陶瓷均为单相陶瓷。随着烧结温度提高，(NaLn)Cu₃Ti₄O₁₂的介电常数增加，介电损耗变化。不同掺杂离子会使陶瓷内部极化机制发生变化，进而影响陶瓷的介电性能。其中在1 000℃制备的(Na_1/3Ce_2/3)Cu₃Ti₄O₁₂陶瓷具有最高的介电性能，ε=50 552(10 Hz)；而950℃制备的(Na_1/2Nd_1/2)Cu₃Ti₄     

La3+对MgAl2O4透明陶瓷致密化过程、光学及力学性能的影响

镁铝尖晶石(MgAl₂O₄)透明陶瓷具有优异的光学和力学性能,在防弹装甲窗口、高马赫整流罩等方面得到了大量的应用。为实现MgAl₂O₄透明陶瓷的致密化,一般需要相对较高的烧结温度,然而高的烧结温度会导致陶瓷晶粒生长过大,影响其性能。因此通过引入合适的烧结助剂降低烧结温度,对于提升陶瓷性能和降低成本均具有很大的意义。本文以高纯商业MgAl₂O₄粉体为原料,La(OH)₃为烧结助剂,采用真空烧结结合热等静压后处理的方式,成功制备MgAl₂O₄透明陶瓷,并采用XRD、SEM等对透明陶瓷的微结构和相组成的演变以及性能进行表征。结果表明,La³⁺在烧结早中期可有效提高陶瓷致密化速率,在烧结后期可抑制陶瓷晶粒生长。掺入0.01%(质量分数)La₂O₃后,MgAl₂O₄光学和力学综合性能优异,所需...