Nb2O5、B2O3和Y2O3對(duì)無(wú)鉛高介電纖維玻璃結(jié)構(gòu)和性能的影響.pdf

1、鈦鋇硅酸鹽無(wú)鉛高介電玻璃纖維具有高的介電常數(shù)和低的介質(zhì)損耗，環(huán)境友好，可以作為高介電常數(shù)覆箔板的增強(qiáng)材料，有利于實(shí)現(xiàn)印刷電路板的小型化。但該體系玻璃在纖維的連續(xù)拉制成型過(guò)程中易失透，從而影響了生產(chǎn)的正常進(jìn)行。針對(duì)其存在的問(wèn)題，本文對(duì)鈦鋇硅酸鹽體系的高介電纖維玻璃的結(jié)構(gòu)、失透行為、力學(xué)性能開(kāi)展了系統(tǒng)的研究，具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。
　　采用熔融淬火法制備玻璃樣品，使用魔角核磁共振(（MAS）NMR）、X射線光電子能譜儀（XPS

2、）、拉曼光譜儀（Raman）、傅里葉紅外光譜儀（FTIR）、析晶梯度爐、X射線衍射儀（XRD）、納米壓痕儀等方法研究了Nb2O5、B2O3和Y2O3對(duì)鈦鋇硅酸鹽體系高介電纖維玻璃的結(jié)構(gòu)、失透行為、力學(xué)性能，研究結(jié)果如下：
　?。?）當(dāng)Nb2O5摻雜玻璃體系后，[SiO4]連接的橋氧數(shù)量增加。引入少量的Nb2O5形成的[NbO6]鈮氧八面體與[SiO4]硅氧四面體以Si―O―Nb鍵的形式進(jìn)入玻璃網(wǎng)絡(luò)，會(huì)使非對(duì)稱橋氧相對(duì)含量增加，玻璃

3、網(wǎng)絡(luò)連接的聚合度更高。密度和分子摩爾體積隨著Nb2O5摻雜量的增加也逐漸增大，密度變化范圍為3.58～3.67g/cm-3。玻璃樣品彈性模量呈現(xiàn)先增大后減小的規(guī)律，失透上限溫度呈現(xiàn)先降低后上升的趨勢(shì)。x=4％玻璃樣品彈性模量達(dá)到最大值120Gpa，失透上限溫度從1200℃降低為1120℃，其失透是由分相導(dǎo)致的。
　?。?）當(dāng)B2O3取代堿金屬氧化物RO（R:Ca，Sr，Ba）后，在鈦硼鋇硅酸鹽體系中 Q4與[BO4]在逐漸減少。橋

4、氧的類型主要以對(duì)稱橋氧（Si-O-Si），非對(duì)稱橋氧（Si-O-Ti，以及[BO3]與Ti4+連接形成B-O-Ti）。當(dāng)B2O3替代量較少的時(shí)候，B2O3中以[BO4]為主，會(huì)連接[SiO4]，進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)x=1.5%的時(shí)候，彈性模量達(dá)到極大值130Gpa。樣品的密度隨著B(niǎo)2O3摻雜量的增加逐漸降低，從3.58降至3.28g/cm-3；而摩爾體積則在逐漸增大。B2O3對(duì)失透的改善并不明顯，最低失透溫度只在1170℃，隨著替代量的增加，反

5、而促進(jìn)了失透達(dá)到1300℃；XRD表明其失透行為是由析晶導(dǎo)致的，析晶相為SiO2和CaSiO2。
　?。?）當(dāng)Y2O3摻雜鈦鋇硅酸鹽體系后，[SiO4]主要以Q4、Q3和部分Q2的形式存在，其中隨著替代量的增加Q3的含量逐漸增加，Q4的含量逐漸減少。O1s光電子能譜分析得出其總的橋氧數(shù)量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，這可能是由于Y3+具有離子勢(shì)大，場(chǎng)強(qiáng)高的特點(diǎn)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中解聚的孤立島狀網(wǎng)絡(luò)單元具有重新聚合作用。但隨著Y2O3含量的持續(xù)增加