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。     

Sm掺杂Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PZT压电陶瓷的研究

本文通过一步反应合成法制备了铌镁-锆钛酸铅(Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-Pb(Zr,Ti)O₃,PMN-PZT)压电陶瓷,研究了稀土元素钐(Sm)掺杂对PMN-PZT(x%(摩尔分数)Sm-PMN-PZT)结构与电学性能的影响规律,得到了具有高压电性、高机电耦合系数和高居里温度的压电陶瓷。当x=2.0时,压电常数d₃₃=611 pC/N,机电耦合系数k_p=0.68,介电损耗tan δ=1.65%,相对介电常数ε_r=2 650,居里温度T_C=283 ℃。测试压电陶瓷电致应变性能,在3 kV/mm下单极电致应变达到0.20%,显示出其大应变材料的特征。结果表明,Sm掺杂PMN-PZT压电陶瓷具有优异的综合电学性能,有望在换能器、传感器以及致动器等领域广泛应用。     

Nb2O5对Nd3+掺杂锗酸盐玻璃光谱性能的影响

蓝光激光器在彩色激光显示、高密度光储存、海洋资源探测、水下通信以及生物科技等领域具有广泛的应用前景。目前较为成熟的Yb³⁺掺杂光纤激光器倍频后仅能获得~490 nm蓝绿光,因此如何得到接近450 nm的纯蓝光激光器是目前急需解决的问题。Nd³⁺:⁴F_3/2→⁴I_9/2能级跃迁产生的0.9 μm光经倍频后可获得~450 nm光,并可应用于蓝光激光器,但该跃迁产生的光所占荧光分支比较低。本文系统研究了1%(质量分数)Nd₂O₃掺杂50GeO₂-(20-x)PbO-15BaO-15ZnO-xNb₂O₅(x%=0%,2.5%,5%,10%,15%,摩尔分数)玻璃的吸收光谱、荧光光谱和荧光寿命,计算了相应的Judd-Ofelt强度参数以及增益带宽。研究发现,Nb₂O₅的加入会使Nd³⁺在900 nm荧光峰的吸收截面、发射截面、有效线宽和荧光分支比增加。当Nb₂O₅浓度为10%(摩尔分数)时,Judd-Ofelt强度参数Ω₂=5.91×10^-20 cm²,光谱质量参数χ=1.01,荧光分支比为42.9%。综上所述,Nb₂O₅能提高Nd³⁺ 0.9 μm的荧光分支比,从而倍频获得纯蓝光(450 nm),有利于蓝光激光器的发展及应用。     

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...     

三元复合烧结助剂Er2O3-Mg2Si-Yb2O3对氮化硅陶瓷性能的影响

以Er₂O₃-Mg₂Si-Yb₂O₃为三元复合烧结助剂,制备了力学性能优异的高导热氮化硅陶瓷,研究了Er₂O₃-Mg₂Si-Yb₂O₃体系对氮化硅陶瓷致密化、微观结构、力学性能、热导率的影响。研究表明,当添加5%(质量分数,下同)Er₂O₃+2%Mg₂Si+4%Yb₂O₃烧结助剂时,烧结助剂对氮化硅陶瓷致密度与晶界相含量的平衡效果最佳,此时氮化硅陶瓷具有最佳性能:抗弯强度为765 MPa,断裂韧性为7.2 MPa·m^1/2,热导率为67 W/(m·K)。在烧结过程中,只添加5%Er₂O₃+2%Mg₂Si的烧结助剂产生的液相量少且黏度高,不能使氮化硅陶瓷完成致密化;此外,当添加的Yb₂O₃含量超过4%时,烧结助剂产生大量的晶界相,降低了氮化硅陶瓷的性能。     

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...     

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...     

ZnO-B2O3-Na2O玻璃对Ca[(Li1/3Nb2/3)0.95Zr0.15]O3+δ陶瓷微波介电性能的影响

研究了ZnO-B2O3-Na2O(ZBN)玻璃对陶瓷的烧结性能及微波介电特性的影响.研究表明ZBN的掺入能有效降低对Ca[(Li1/3Nb2/3)0.95Zr0.15]O3+δ陶瓷体系的烧结温度150～230 ℃,谐振频率温度系数随ZBN掺入量增加及烧结温度的提高,由负值向正值方向增大.在990 ℃,掺入3%(质量分数,下同)的ZBN,陶瓷微波介电性能最佳:εr=31.5,Qf=12530 GHz,τf =-7.6 ppm/℃.     

Y2O3对高热导率Si3N4陶瓷显微结构和性能的影响

以氧含量相对较高的“平价”Si₃N₄粉体(氧含量1.85%(质量分数))为原料,Y₂O₃-MgO作为烧结助剂,制备低成本高热导率Si₃N₄陶瓷,研究Y₂O₃含量对Si₃N₄陶瓷致密化、显微结构、力学性能及热导率的影响。结果表明,适当增加Y₂O₃的加入量不仅可以促进Si₃N₄陶瓷的致密化和显微结构的细化,还有助于晶格氧含量的降低和热导率的提升。Y₂O₃含量为7%(质量分数)的样品在1 900 ℃烧结后的综合性能最佳,其相对密度、抗弯强度、断裂韧性和热导率分别为99.5%、(726±46) MPa、(6.9±0.2) MPa·m^1/2和95 W·m^-1·K^-1。     

(Na2O+K2O)对Ca-Ba-Mg-Al-B-Si-O玻璃/Al2O3材料性能的影响

实验以Ca-Ba-Mg-Al-B-Si-O玻璃和Al_2O_3粉料为原料,设计玻璃中(Na_2O+K_2O)含量分别为0、2%、4%、8%的优化玻璃组成,800～950℃低温烧结得到LTCC材料。研究结果表明:随着(Na_2O+K_2O)含量升高,Ca-Ba-Mg-Al-B-Si-O系玻璃/Al_2O_3烧结体的体积密度与介电常数逐渐增加,烧结体气孔率随之减小,介电损耗出现先减小后增加的趋势。添加2%(Na_2O+K_2O)的Ca-Ba-Mg-Al-B-Si-O玻璃/Al_2O_3材料,在875℃烧结试样显示出优异性能。     

Effect of glass additions on the sintering and microwave properties of composite dielectric ceramics based on BaO–Ln2O3–TiO2 (Ln = Nd, La)

Ten weight percent BBZS (Bi₂O₃, B₂O₃, ZnO and SiO₂) glass was added to x(Ba₄Nd_9.333Ti₁₈O₅₄) − (1 − x)(BaLa₄Ti₄O₁₅) (BNLT, 0 ≤ x ≤ 1) composite dielectric ceramics to lower their sintering temperature whilst retaining microwave properties useful for low temperature co-fired ceramic and antenna core technology. With the addition of 10 wt% BBZS glass, dense BNLT composite ceramics were produced at temperatures between 950 and 1140 °C, depending on composition (x), an average reduction of sintering temperature by 350 °C. X-ray diffraction, scanning and transmission electron microscopy and Raman spectroscopy studies revealed that there was limited inter-reaction between BLT/BNT and the BBZS glass. Microwave property measurement showed that the addition of BBZS glass to BNLT ceramics had a negligible effect on _r and τ_f, although deterioration in the measured quality factor (Qf) was observed. The optimised composition (xBNT − (1 − x)BLT)/0.1BBZS (x = 0.75) had _r  61, τ_f  38 ppm/°C and Qf  2305 GHz.     

Al2O3/Cu的界面微观结构及封接性能

采用活化Mo-Mn法和活性金属钎焊(AMB)工艺对Al₂O₃陶瓷进行金属化处理,分别研究了两种金属化工艺的界面形貌、新相的形成及显微结构的演变,并测试了Al₂O₃/Cu的力学性能和气密性。研究表明:采用活化Mo-Mn法的封接界面处出现玻璃相的迁移,形成了立方相MnAl₂O₄,可以提高封接强度。AMB工艺中活性元素Ti与Al₂O₃反应依次形成厚度为0.64 μm的TiO和1.03 μm的Cu₃Ti₃O。各层间热膨胀系数(CTE)的差异给钎焊接头提供了良好的热弹性相容性且降低了残余应力。活化Mo-Mn法的封接强度((60.2±7.7) MPa)比AMB工艺((43.1±6.9) MPa)高,但在气密性方面两者并无明显差别(均在2.3×10^-11 Pa·m³·s^-1左右)。     

二氧化硅掺杂钛酸锶钡陶瓷的介电性能与电卡效应

采用传统的固相反应法制备二氧化硅（SiO₂）掺杂钛酸锶钡（Ba_0.65Sr_0.35TiO₃,BST）陶瓷（BST+x%SiO₂）,研究了掺杂二氧化硅对BST陶瓷的物相、微观形貌、介电性能及电卡效应的影响。结果表明：掺杂二氧化硅并未改变BST陶瓷的晶型结构,但有助于提升晶粒的均匀性和材料介电性能频率的稳定性。随着二氧化硅掺杂量增加,BST陶瓷的介电常数呈现单调递减趋势,介电弥散特性逐渐增强。二氧化硅的掺杂有利于提升BST陶瓷的电卡性能,其中BST+3%SiO₂陶瓷具有最优的电卡效应,在30 ℃下可获得最大电卡绝热温变（ΔT_max）,ΔT_max和ΔT_max/ΔE分别为1.6 ℃、8.00×10 ^-7 ℃·m/V,电卡效应半峰宽（T_span）为10 ℃左右。     

CdS nanoparticles decorated hexagonal Fe2O3 nanosheets with a Z-scheme photogenerated electron transfer path for improved visible-light photocatalytic hydrogen production

Photocatalytic water splitting for hydrogen production (H₂) is one of the main potential applications of photocatalytic technology, which can use solar energy as the energy required for chemical reactions to alleviate the energy crisis. In this work, zero-dimensional/two-dimensional (0D/2D) contact surface CdS/α-Fe₂O₃ (CF) heterojunction photocatalyst was synthesized via a simple solvothermal method. Photocatalytic hydrogen production experiments revealed that the CF-15 sample shows the optimal photocatalytic H₂ rate (1806 (μmol·h^-1·g^-1)) and apparent quantum efficiency (AQE = 13.7% at λ = 420 nm). The enhancement of photocatalytic performance is mainly attributed to the contact of 0D/2D interface and the synergistic effect of Z-scheme electron transfer mechanism. This work provides an effective way for modified composite semiconductor photocatalyst by constructing special interface heterojunction to achieve highly efficiently catalysis.     

Sintering behavior and microwave dielectric properties of Bi2O3–ZnO–Nb2O5-based ceramics sintered under air and N2 atmosphere

The sintering behavior and dielectric properties of the monoclinic zirconolite-like structure compound Bi₂(Zn_1/3Nb_2/3)₂O₇ (BZN) and Bi₂(Zn_1/3Nb_2/3−xV_x)₂O₇ (BZNV, x = 0.001) sintered under air and N₂ atmosphere were investigated. The pure phase were obtained between 810 and 990 °C both for BZN and BZNV ceramics. The substitution of V₂O₅ and N₂ atmosphere accelerated the densification of ceramics slightly. The influences on microwave dielectric properties from different atmosphere were discussed in this work. The best microwave properties of BZN ceramics were obtained at 900 °C under N₂ atmosphere with _r = 76.1, Q = 850 and Q_f = 3260 GHz while the best properties of BZNV ceramics were got at 930 °C under air atmosphere with _r = 76.7, Q = 890 and Q_f = 3580 GHz. The temperature coefficient of resonant frequency τ_f was not obviously influenced by the different atmospheres. For BZN ceramics the τ_f was −79.8 ppm/°C while τ_f is −87.5 ppm/°C for BZNV ceramics.     

(1-x)(Mg0.95Mn0.05)_2TiO_4-xCaTiO_3陶瓷的微波介电性能研究

采用传统固相法制备了(1-x)(Mg_0.95Mn_0.05)_2TiO_4-xCaTiO_3微波介质陶瓷,研究CaTiO_3添加量对陶瓷体系物相组成、显微结构以及微波介电性能的影响。XRD分析结果表明,陶瓷样品以(Mg_0.95Mn_0.05)_2TiO_4为主晶相,以CaTiO_3和MgTiO_3作为次晶相存在陶瓷样品中。另外发现添加CaTiO_3能增加陶瓷的致密度,并在1325~1400℃下都能促进陶瓷的烧结。当CaTiO_3的添加量为x=0.12时,复合陶瓷在1375℃烧结4 h时具有最佳的微波介电性能:介电常数ε_r=20.26,品质因数Q×f=35125.9 GHz,τ_f=+2.7×10~(-6)/℃。     

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。