C/C-SiC复合材料两种制备工艺及材料性能

C/C-SiC复合材料两种制备工艺及材料性能（精选8篇）

篇1：C/C-SiC复合材料两种制备工艺及材料性能

C/C-SiC复合材料两种制备工艺及材料性能

以碳纤维整体毡为预制体,采用化学气相渗透法(CVI)制备出低密度碳/碳复合材料,再分别采用液相硅渗透工艺(LSI)制备出密度为2.1g/cm3的碳/碳-碳化硅复合材料(C/C-SiC),及先驱体转化工艺(PIP)制备出密度为1.9g/cm3的C/C-SiC.对2种工艺制备的C/C-SiC力学性能进行了比较,结果表明:PIP工艺制备的.C/C-SiC弯曲强度为287MPa,明显高于LSI工艺制备的弯曲强度155MPa.

作 者：朱耘玑 邱海鹏 孙明 李秀倩 罗京华 作者单位：北京航空制造工程研究所刊 名：航空制造技术 ISTIC英文刊名：AERONAUTICAL MANUFACTURING TECHNOLOGY年，卷(期)：“”(z1)分类号：V2关键词：C/C-SiC 液相硅渗透工艺 先驱体转化工艺 化学气相渗透工艺

篇2：C/C-SiC复合材料两种制备工艺及材料性能

氟化聚酰亚胺光波导材料制备工艺及性能研究

为了能合成较大分子量的.氟化聚酰亚胺光波导材料,采用了几种不同制备工艺,找到了较好的合成大分子量氟化聚酰亚胺的工艺,利用智能傅里叶红外光谱仪测量了合成的氟化聚酰亚胺的红外光谱,证实了材料的结构.为了证实氟化聚酰亚胺可以作为优越的光波导材料,对材料做了热重分析和差示扫描量热测试,材料在530℃左右才会分解,说明材料具有良好的热稳定性.同时利用薄膜测试仪测试分析了材料折射率与含氟量以及折射率和温度之间的关系.结果表明,折射率与含氟量、温度都呈线性关系.

作 者：董林红 朱大庆 金曦 张雯 DONG Lin-hong ZHU Da-qing JIN Xi ZHANG Wen 作者单位：华中科技大学,光电子科学与工程学院,武汉,430074刊 名：激光技术 ISTIC PKU英文刊名：LASER TECHNOLOGY年，卷(期)：31(4)分类号：O621.2关键词：材料 折射率 棱镜耦合 氟化聚酰亚胺

篇3：C/C-SiC复合材料两种制备工艺及材料性能

1实验

实验原料采用粒度<100μm铝粉 (纯度≥99.0%) 和粒度<200μm Si C粉 (纯度≥99.0%) 。按照质量百分比Al+20%Si C配比称取粉末, 以无水乙醇为混料介质, 在行星式球磨机中混料。将混合后粉末在100MPa下单向轴向压制成形, 压制后的坯体样品在真空炉中分别在500℃、550℃、600℃、650℃烧结, 保温2h, 之后随炉冷却。采用排水法测量合金烧结体的体积密度, 采用显洛氏硬度计测试样品的硬度。合金样品经砂纸打磨, 机械抛光后, 用JSM-6510LA扫描电镜分析样品组织形貌。摩擦磨损试验在M-2000型摩擦磨损试验机上进行。

2结果与讨论

由图1可以看出, 烧结温度为550°C, 样品密度和硬度值最大。在烧结的过程中, 分为固相烧结和液相烧结两个过程, 固相烧结过程中, 坯体的烧结主要依靠不同组分颗粒之间的互扩散与坯体的合金均匀化过程来完成, 由于颗粒不能发生相对运动, 所以坯体烧结的致密化程度较低, 坯体内部存在大量的孔隙。当液相生成后, 在不平衡的毛细管力作用下, 固体颗粒进行位置的调整与重新分布以达到最紧密的排布, 这时烧结体的致密化程度和密度迅速增大[6,7]。因此当烧结温度达到550°C以后, 随着烧结温度的继续升高, 烧结过程中逐渐出现大量的液相, 坯体孔隙率明显下降, 致密化程度与密度急剧减少。

图2为烧结温度对试样的磨损量和摩擦系数的影响曲线。由粘着磨损和磨粒磨损表达式知道磨损量与硬度成反比所以选择这两组试样做磨损实验, 从上图可以看出硬度最大的时候磨损量最小, 球磨时间相同时温度越高, 磨损量先减少后增加。综上所述, 烧结温度为550°C时磨损量最少, 耐磨性最好。

由图3可以看出, 样品表面有适量的陶瓷颗粒, 分布比较比较均匀, 这些陶瓷颗粒就是增强Al基材料性能的颗粒。当低温烧结时, 由于烧结不充分, 材料中含有大量的孔隙, 基体中各组元结合不够紧密, 增强相颗粒与基体组元间的结合被消弱。当烧结温度为550°C时, 孔隙度较小, 组织结构分布较均匀, 故其致密化程度较高, 其耐磨性较高。

3结论

采用粉末冶金法制备出Al基复合材料, 研究了不同烧结温度对材料的组织和力学性能的影响。随着烧结温度的升高, 组织结构分布较均匀, 烧结体的致密化程度和耐磨性得到提高。最佳烧结温度为550C时, 样品具有较高的密度和较好的耐磨性。

摘要：研究了不同烧结温度对Al-20%Si C复合材料显微组织、致密化和摩擦磨损性能的影响。随着烧结温度的提高, 烧结体组织晶粒不断粗化, 孔隙减少、尺寸降低;烧结体的相对密度提高。随着烧结温度的升高, 烧结试样的摩擦系数与磨损量逐渐降低, 材料的耐磨性能越来越好。最佳烧结温度为550℃。

关键词：Al基复合材料,烧结温度,力学性能

参考文献

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篇4：C/C-SiC复合材料两种制备工艺及材料性能

【关键词】块状非晶；Zr合金；晶化；纳米材料

1、前言

非晶合金材料具有良好的物理化学性能，在航天航空、汽车、精密制造、电子通讯与计算机、生物医学等领域有着广阔的应用前景[1-2]。近年来，具有良好非晶形成能力的锆基多组元合金体系引起了研究者的极大兴趣。锆基块体非经合金具有高拉伸强度、良好的延展性、高弹性以及很强的抗腐蚀性 [3-5]。

本文以Zr-Cu基为基础，通过添加Al、Ni等元素，在得到准晶体的基础上采用不同非晶晶化方式对合金进行晶化，通过XRD和DSC分析研究不同合金系的非晶形成能力；通过组织观察和硬度分析试验，研究合金性能和影响因素。为进一步开展Zr基大块非晶合金材料的研究提供理论基础。

2、试验过程

试验合金原料为工业纯Zr、Al、Ni及Cu，成分纯度均在99.9%以上。采用WK型非自耗真空电弧炉进行合金熔炼，熔炼过程中采用高纯度氩气进行保护。铜模吸铸成型制备得到1、2和3三组试样，吸铸试样的尺寸为80mm×10.2mm×2.6mm。

电致晶化：对试样施加短时的强电流脉冲实现快速加热使其发生纳米晶化。实验参数：电流密度为107A/m2～108A/m2，加热速率约为104K/s～106K/s，通电流5分钟。

热致晶化：温度480℃、保温2h后冷却至室温。该方法对于进一步理解纳米晶体的内界面结构特征、纳米晶的形成机理以及材料的结构性能关系提供了一种有效的手段[6]。

3、试验结果与讨论

DTA实验起始温度为100℃，结束温度为600℃，加热速率为20℃/min。三组试样的曲线在480℃左右出现了明显的放热峰，试样质量发生变化，材料在这个临界点位置发生了相变，试样内部发生晶格重组或产生新相使得质量上升，确定三个试样的晶化转变温度为480℃，表明试样成分不同对该准晶体的晶化温度影响很小。

1号试样在35°～40°之间有明显的峰值出现，析出相为CuZr及Al2Zr3。电致晶化后，45°的峰对应的析出相增多，热致晶化后析出峰逐渐右移，说明电流对试样内部的组织转变起到了作用。2号试样在30°～45°之间有明显的衍射峰，45°以后曲线趋于平缓，说明晶体内部析出相较少。3号试样铸态下和经过电致晶化后材料内部相结构变化很小，曲线的平稳度较高。结合上述分析，本文制备的试样可以定义为介于非晶和晶体之间的过渡态准晶体材料。

经过电致晶化及热致晶化后，试样的硬度均小于铸态下组织硬度，且热致态组织硬度最小，1号试样硬度显著高于2号及3号试样。电致晶化后，基体中析出的化合物大大地降低了材料的硬度，从1026HV降低到901HV，说明电致晶化后降低了1号试样中的非晶化程度。

3号试样显微组织中看不出明显的晶界，经过电流能量拌入后，提高了其非晶化的程度，硬度从644HV升高到689HV。1号样和2号样铸态下的硬度最高，经过晶化作用后，硬度下降。3号试样经过电流能量拌入后，硬度有了明显的增加，该材料的非晶化程度有明显的提高，因此硬度上升。

3号试样经过电致晶化后，从基体中析出了第二相，析出的第二相呈雪花状，该点成分其中L能级上Zr的峰值最大，说明析出相中Zr含量占的比例最大，从原子比可以看出，析出相接近Al2Zr3化合物原子比[7]。析出的相虽然没有达到纳米级的水平，但也达到了微米级别。

热致晶化后，3号试样从基体中析出了第二相，能谱显示Zr含量达到70%（如表4所示），超过了一开始设计的成分比例，Al、Cu及Zr元素的原子比接近1：1：2。这些点在氢氟酸的腐蚀下表现出良好的耐蚀性，因此该点可能是含Zr的陶瓷相。1号试样的铸态基体很细小，有很多短棒状的组织构成，尺寸在2μm～10μm之间。其间还含有少量的更细小的纳米级颗粒。

4、结论

本文在Zr基合金系基础上，采用电流能量拌入、等温退火等非晶晶化方式获得三维纳米材料。对材料进行差热分析、XRD分析、金相分析、显微硬度分析和扫描电镜分析。实验结果表明：

1）铜模吸铸法成功制备出准晶体材料；

2）三组试样的结晶化温度都在480℃左右，试样成分对结晶化温度影响很小；

3）不同热处理和能量拌入方法对试样产生了晶化效应，1号试样具有较强的非晶成型能力。

参考文献

[1]许并社.纳米材料及应用技术[M].化学工业出版社，2004：1-13.

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[4]丁秉钧.纳米材料[M].机械工业出版社，2004：8-12.

[5]王鸣阳，郭成言，葛璜，刘彬译.日本纳米技术手册编辑委员会.纳米技术手册[M].科学出版社，2005年：107-110.

[6]何国，陈国良.金属间化合物与大块玻璃合金的形成[J].材料研究学报，1999，13（6）：569-57.

篇5：C/C-SiC复合材料两种制备工艺及材料性能

介孔材料SBA-15改性的复合凝胶聚合物电解质的制备及性能

以聚(甲基丙烯酸甲酯-聚乙二醇二甲基丙烯酸酯)(P(MMA-PEGDMA))共聚物为基体,介孔硅分子筛SBA-15为无机填料制备了复合凝胶聚合物电解质.采用原子力显微镜(AFM)、热重分析(TG)和交流阻抗(AC)等技术对其形貌、热稳定性及电化学性能进行了研究.结果表明:无机填料SBA-15与聚合物基体有较好的相容性;SBA-15的加入改善了聚合物电解质的热稳定性,提高了离子电导率,当W(SBA-15)=0.03时,离子电导率达最大值3.68×lO-3S/cm;并且掺杂SBA-15后,聚合物电解质的`电化学稳定性得到了提高,其电化学稳定窗口为4.9V(vs Li+/Li),可满足高性能锂离子电池的要求.

作 者：李秀琴 王先友 李娜 曹俊琪 胡涛 LI Xiu-qin WANG Xian-you LI Na CAO Jun-qi HU Tao  作者单位：湘潭大学化学学院,湖南湘潭,411105 刊 名：功能高分子学报  ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF FUNCTIONAL POLYMERS 年，卷(期)： 21(3) 分类号：O631 关键词：聚合物电解质   SBA-15   离子电导率   电化学窗口   交流阻抗  

篇6：C/C-SiC复合材料两种制备工艺及材料性能

Tb3+掺杂SiO2纳米核壳结构绿光材料的制备及性能研究

摘要：用Sol-Gel法合成了SiO2包覆SiO2:Tb3+的纳米核壳颗粒(用SiO2:Tb3+ @SiO2表示),并研究了核壳配比和制备工艺对其发光性能的影响.TEM和EDS表明SiO2溶液成功包覆于SiO2:Tb3+表面;通过测试荧光性能,发现制备工艺为壳层先陈化再放入核、核壳配比为1.2g∶ 25 mL时,SiO2∶Tb3+ @SiO2较未包覆SiO2∶Tb3+样品PL光谱强度增强,通过测试核壳结构材料的时间分辨光谱得到SiO2∶Tb3+纳米颗粒经SiO2包覆后的荧光寿命延长. 作者： 闫志云[1]胡晓云[1]叶岩溪[1]张德恺[1]苗慧[1]樊君[2]姜振益[3] Author： YAN Zhi-yun[1]HU Xiao-yun1[1]YE Yar-xi[1]ZHANG De-kai[1]MIAO Hui[1]FAN Jun[2]JIANG Zhen-yi[3] 作者单位： 西北大学物理学系,陕西西安,710069西北大学化工学院,陕西西安,710069西北大学现代物理所,陕西西安,710069 期 刊： 光谱学与光谱分析 ISTICEISCIPKU Journal： Spectroscopy and Spectral Analysis 年，卷(期)： ,31(12) 分类号： O482.3 O614.3 关键词： Sol-Gel 核壳结构 TEM 发光性能 荧光寿命 机标分类号： O63 TH1 机标关键词： 掺杂SiO2纳米核壳结构光材料制备工艺性能研究包覆时间分辨光谱Sol-Gel法荧光性能寿命延长强度增强纳米颗粒结构材料核壳颗粒发光性能测试样品溶液壳层 基金项目： 西北大学研究生创新基金，国家自然科学基金，高等学校博士学科点专项科研基金，陕西省自然基金 Tb3+掺杂SiO2纳米核壳结构绿光材料的.制备及性能研究[期刊论文]光谱学与光谱分析 --2011,31(12)闫志云胡晓云叶岩溪张德恺苗慧樊君姜振益用Sol-Gel法合成了SiO2包覆SiO2:Tb3+的纳米核壳颗粒(用SiO2:Tb3+ @SiO2表示),并研究了核壳配比和制备工艺对其发光性能的影响.TEM和EDS表明SiO2溶液成功包覆于SiO2:Tb3+表面;通过测试荧光性能,发现制备工艺为壳层先陈化...

篇7：C/C-SiC复合材料两种制备工艺及材料性能

新型聚(甲基)丙烯酸酯/盐透明材料的制备及其性能

聚(甲基)丙烯酸酯具有优异的透光性、耐光性和耐候性,广泛用作光学塑料.研制高折射率、高耐热性、低吸湿性的透明高分子材料是近年来光学塑料研究和开发的`重点之一.本文介绍了新型聚(甲基)丙烯酸酯/盐透明高分子材料的主要制备方法,即新型单体合成-聚合法、共聚法、共混-聚合法和有机-无机纳米杂化法,并系统地总结了各方法的特点以及所制备的材料的性能,展示了目前应用最为广泛的新型单体合成-聚合法和有机-无机纳米杂化法的潜在的应用前景.

作 者：曹艳霞 李光吉 刘慧民 CAO Yan-Xia LI Guang-Ji LIU Hui-Min  作者单位：华南理工大学材料科学与工程学院,广州,510640 刊 名：高分子通报  ISTIC PKU英文刊名：CHINESE POLYMER BULLETIN 年，卷(期)： “”(11) 分类号：O6 关键词：(甲基)丙烯酸酯/盐聚合物   透明高分子   折射率  

篇8：C/C-SiC复合材料两种制备工艺及材料性能

随着微波频率向厘米波、毫米波甚至光波方向发展,微波介质滤波器、双工器需要采用低介电常数、高Q值的微波介质材料制作。这是因为介质频率器件的尺寸与所用材料的介电常数的平方根成反比,如果介电常数(εr)很大,Q值小,则无法制造出低损耗、合适尺寸的器件,因此,有必要开发低介电常数、高Q·f值、接近0ppm/℃的微波介质材料。低介电常数(εr≤10)的微波介质材料体系并不多,刚玉瓷Al2O3的εr约为10,Q·f高达500THz[1],但烧结温度1600℃以上。0.9CaWO4—0.1Mg2SiO4陶瓷的εr=9～10,Q·f=50～60THz[2],但WO3的价格比较贵。Mg2SiO4(镁橄榄石)具有优良的微波介电性能[3],但MgO原料易吸潮,形成碱式碳酸镁,配方组成不稳定,而且在实验过程中发现用PVA造粒的Mg2SiO4粉料难以干压成型。据文献报道[4]硅酸锌(Zn2SiO4)具有相当高的Q·f值(Q·f=219THz),这引起笔者浓厚的研究兴趣,但国内的大多数研究结果与之相差较远,徐进[5]和邹佳丽[6]用Mg取代Zn形成(Zn1-x Mgx)2SiO4固溶体,当x=0.1～0.3时,Q·f=48～53THz。更多的研究报道[7,8,9,10]是添加助熔剂使其烧结温度在900℃附近,以便制作LTCC元件,其Q·f值更低。为了提高Q·f值,姜红梅[11]和Yue zhenxing[12]采用溶胶-凝胶法(Sol-gel)制备Zn2SiO4陶瓷,其Q·f值高达189THz以上,而邹佳丽[13]也是采用Sol-gel制备粉料,但Q·f只有67.5THz。这些研究结果均未达到文献[4]的报道水平。究其原因,不外乎组成和工艺两个方面,在组成均满足分子式Zn2SiO4的情况下,原材料和制备工艺就成了关键因素。文献[5]至[10]在制备粉料过程中,都是用乙醇作为球磨分散剂,而且球磨时间均较长,有的达24小时。因此,本文采用去离子水作分散剂,研究原材料的种类和制备工艺对硅酸锌陶瓷介电性能的影响,并用TiO2调节其频率温度系数。

将性能最佳的粉料用45吨的油压机压制成两腔一体化同轴结构的生坯,烧成后,除一端面外表面全部金属化,通过调试,制作带通滤波器,然后测量其S参数。

1 实验过程

实验所用原料分别为:ZnO(分析纯,两家公司的产品);SiO2(分析纯,四家公司的产品);TiO2(分析纯,湖北中星)。原料先分别按化学式Zn2SiO4配料,用去离子水作分散剂,经行星球磨机球磨4h、烘干后在1100℃×2h合成,然后按(1-x)Zn2SiO4-xTiO2(其中x=11wt%,12wt%,13wt%,15wt%)称料进行第二次球磨4～10h、烘干,加入10wt.%的PVA水溶液造粒,干压成型为直径为15mm,高度分别为6.5～7.5mm的圆柱和1.5～2.0mm的圆片,然后在1220～1280℃烧结2h。用密度天平MP200测量烧结样品的密度,以确定最佳烧结温度。用X射线衍射仪(德国Bruker D8Advance)分析样品的晶相组成,扫描电镜(日本JSM—6700F)观测样品断面的晶粒形貌特征。将圆柱样品表面抛光后,采用闭腔法[14],用矢量网络分析仪(美国Agilent E570B)测量6～8GHz频率下的无载Q值和谐振频率温度系数τf,谐振频率温度系数的测量温度范围为25～85℃。将圆片样品上下表面金属化,用精密电容测试仪表TH2612测量其电容,介电常数εr应用平板电容器的公式计算得出。

2 实验结果及分析

2.1 原材料的影响

为了研究原材料种类对Zn2Si O4介电性能的影响,采用多家公司生产的瓶装原料,公司名称用地名或数字代替,见表1。

其微波介电性能如图1所示。

ZST1-4的介电常数为23,比其它样品高1倍多,而且样品的颜色,是深褐色,而其它样品皆为淡黄色,经分析天津某公司生产的SiO2中含有铁质(Fe)。ZST1-1样品的Qf值只有1020GHz,而ZST1-2样品Qf值为30745GHz,经分析上海1公司的氧化锌是N型半导体。ZST1-2,ZST1-3和ZST1-5三种样品的Qf值相差很大,其区别在于二氧化硅的厂家不同,仔细观察发现:江苏宜兴SiO2的包装上注明“重质”,上海2公司的SiO2有明显的颗粒感,粒度D50=27μm,上海3公司的SiO2颗粒很细小,粒度D50=1.18μm。

2.2 工艺的影响

为了研究制备工艺对对硅酸锌陶瓷的介电性能的影响,选取第二次球磨时间和烧结温度作为变量进行实验。表2列出实验条件,其Qf值如图2所示。

从图2知,对粗颗粒SiO2粉料,球磨时间从6小时增加到9小时,Qf值增加非常显著,同时烧结温度从1280℃降到1220℃。这是因为烧结的推动力是自由能减小,当粉料粒径变小时,坯体自由能增加,烧结势垒(又称烧结峰)降低,从而降低烧结温度。

对细颗粒SiO2粉料,球磨时间从4小时增加到6小时,Qf值从60246GHz提高到91640GHz,而烧结温度变化不大。这是因为粉料经过球磨后,粒径不断减少,表面能不断增加,根据热力学理论,自由能减小的方向是自发的,因此,当粒径减少到一定程度时,粉料易发生团聚,此时球磨效率并不高。

图2非常地直观反映出烧结温度对硅酸锌陶瓷Qf值的影响,在合适的烧结温度下,Qf值将获得最大值。

2.3 TiO2的作用

纯Zn2SiO4陶瓷具有低介高Q的优点,但难烧结,而且频率温度系数(τf)比较负[4],τf=-61ppm/℃,一般添加金红石(TiO2)调节温度系数系数,这是因为TiO2具有正的频率温度系数,τf=+450ppm/℃,而且Qf值比较高。根据无机材料介电性能的加和性质[15],粗略计算得知,当TiO2的添加量14%左右时,τf接近0ppm/℃,因此,在预烧的Zn2SiO4中添加11wt%,12%,13%和15%的TiO2(分别用ZST4-1,ZST4-2(与ZST3-2相同),ZST4-3和ZST4-4表示),球磨6小时,其介电性能见图3。

从图可以看出,εr随含量的增加而逐渐升高,τf随TiO2含量的增加由负变正,当TiO2的含量等于12wt%,εr=10.2,τf=-5.8ppm/℃,Qf=91640GHz(见图2)。

从表2和图2可以看出,加入TiO2,烧结温度在1220～1280℃范围,邹佳丽[6]的研究表明,纯Zn2SiO4陶瓷的烧结温度高达1410℃,这说明TiO2有促进烧结的作用。

2.4 显微结构与晶相分析

图4为上述样品(ZST4-1,ZST4-2(ZST3-2),ZST4-3和ZST4-4)的XRD图。图中ZS powder为预烧的Zn2SiO4粉末。从图4可以明显看出Zn2SiO4晶相衍射峰的位置完全一致,除ZS粉料外,均存在金红石相,说明2molZnO和1molSiO2在1100℃下预烧形成单一的晶相Zn2SiO4,加入TiO2后,TiO2并末与Zn2SiO4发生反应而是以金红石相存在硅酸锌陶瓷中。

图5为Zn2SiO4陶瓷样品的SEM图,上图为ZST3-2陶瓷样品(1240℃)的SEM图,下图为ZST2-2陶瓷样品(1220℃)的SEM图。

从图5的左上图可以看出,ZST3-2陶瓷样品的晶粒发育良好,局部结构致密,而ZST2-2陶瓷样品的局部结构也致密,但有的晶粒长得很大,长条形,根据文献[6]得知,长条形的晶粒是Zn2SiO4晶粒。这是因为ZST2-2的粉料第二次球磨时间较长(9小时),粉料的粒径太小,在烧结过程中很容易导致二次晶粒长大,形成巨晶[16],恶化其介电性能,这也可以解释图2中ZST2-2的Qf值随烧结温度升高而变小的原因,以及ZST2-2样品的Qf值比ZST3-2样品小的原因。ZST2-2陶瓷样品的断面(右下图)存在很多气孔,这与二次晶粒长大有关,这是因为二次晶粒长大过程中,导致晶界移动困难,闭气孔无法排出。ZST3-2陶瓷样品的断面(右上图)存在一个大气孔可能与成型有关,同时还有一定量的小气孔,说明烧结还不够致密,可能是排胶阶段控制不当造成的。这也从另一方面说明ZST3-2陶瓷样品的Qf值有进一步提高的可能性,通过控制工艺,完全有可能达到文献[4]报道的高Qf值(Qf=219THz)。这也进一步说明了制备工艺对硅酸锌陶瓷微波介电性能的影响。

2.5 滤波器的制作

本文采用ZST3-2粉料制作了图6所示的两级介质带通滤波器,滤波器的外形尺寸(a×b×L)为7.4mm×3.7mm×4.2mm。滤波器的设计与制作过程详见文献[17]。

在Agilent E570B网络分析仪上测量滤波器的频响曲线(即S21和S11)。图7为其测试曲线,滤波器的电性能参数:中心频率5.44GHz,通带带宽96.7MHz,插入损耗1.27dB,5.1GHz处的衰减大于30dB。

3 结论

(1)1molZnO和1molSiO2在1100℃合成硅酸锌(Zn2SiO4)单一晶相的粉料。

(2)采用去离子水替代乙醇作分散剂,采用行星球磨替代普遍的滚筒球磨工艺,可以节约成本,缩短开发、生产周期。

(3)原料的纯度、粒度、性质对硅酸锌陶瓷的介电性能影响很大。采用N型半导体ZnO作原料,硅酸锌陶瓷的Qf值将很低;采用粗颗粒SiO2原料,在相同的球磨时间条件下,则烧结温度比较高,Qf值比较小。

(4)原料粒度、球磨时间、烧结温度三者之间是紧密相连的。第二次球磨时间延长,可能会使陶瓷的显微结构形成巨晶,恶化其介电性能。

(5)添加的TiO2在硅酸锌中以金红石相存在,不仅调节频率温度系数(τf),而且可以促进烧结。当TiO2添加量为12wt%,1240℃烧结时,陶瓷具有优良的微波介电性能:εr=10.2,Q·f=91640GHZ,τf=-5.78ppm/℃,其介电性能优于文献[5]和[6]的研究结果。

(6)固相法制备的硅酸锌陶瓷具有优良的微波介电性能,成本低,适合制作C波段的介质滤波器和谐振器等微波介质器件。

(7)硅酸锌陶瓷的显微结构不是很理想,Qf值还没有达到文献[4]报道的水平,适当控制加压过程和排胶速度,可以获得显微结构均匀、致密的陶瓷,有望进一步提高陶瓷的Qf值。下一步研究工作将考虑复合添加物的改性,以及第一次球磨时间对硅酸锌陶瓷的Q·f值影响。

摘要：为了提高硅酸锌介质陶瓷的性能,研究了添加物、原材料和制备工艺对其微波介电性能的影响。采用固相法、并以去离子水代替乙醇作分散剂制备陶瓷粉料,闭腔法测量其无载Q值和频率温度系数。研究结果表明原材料的粒度、球磨工艺和烧结温度对Q.f值影响大,添加物TiO2不仅调节频率温度系数(τf),而且促进陶瓷烧结。当TiO2(wt%)12%,1240℃烧结时,获得优良的微波介电性能:介电常数(εr)为10.2,Q.f=91640GHz,τf=-5.78ppm/℃。并用该组成的材料制作了中心频率f0=5.4GHz,带宽Δf=96MHz,插损小于1.3dB的两级片式介质带通滤波器,可以用于通信系统。