檸檬酸絡(luò)合—燃燒法中Ba2Ti9O20形成機(jī)理的研究.pdf

1、現(xiàn)代通信的發(fā)展對(duì)微波介質(zhì)材料提出了新的更高的要求,即小型化、集成化、高可靠性。因此,一方面微波介質(zhì)材料的研究著重在不斷開拓新體系,另一方面現(xiàn)有的傳統(tǒng)高溫合成的制備方法也受到了挑戰(zhàn),迫切需要發(fā)展新的工藝和方法,尤其是微波介質(zhì)陶瓷的組成與結(jié)構(gòu)的可控制備。掌握制備工藝對(duì)材料的合成過程及其特性的影響規(guī)律,對(duì)材料性能和可靠性的提高有著重要的意義。Ba2Ti9O20是BaO-TiO2系統(tǒng)中最理想的一種微波介質(zhì)材料,這主要它具有高介電常數(shù),低介電損耗

2、及小的頻率溫度系數(shù),因而得以廣泛應(yīng)用于4-8GHz頻率范圍內(nèi)的微波軍用雷達(dá)及通信系統(tǒng)中作為介質(zhì)諧振器件。一般Ba2Ti9O20單相是通過中間相(如BaTi5O11、 BaTi4O9和TiO2)固相反應(yīng)而形成的,而這些中間相的相對(duì)含量、粒徑尺寸等等都會(huì)對(duì)Ba2Ti9O20形成產(chǎn)生重大影響,因此,Ba2Ti9O20單相的合成十分困難。
　　本論文結(jié)合濕化學(xué)合成的可控性、檸檬酸絡(luò)合的均勻性和燃燒合成產(chǎn)物的高活性,以檸檬酸絡(luò)合-燃燒法形成

3、的中間相種類、含量和粒徑為研究切入點(diǎn),研究了制備工藝對(duì)中間產(chǎn)物形成和特性的影響規(guī)律和作用機(jī)理,并結(jié)合中間產(chǎn)物對(duì)Ba2Ti9O20相形成的作用的研究,對(duì)Ba2Ti9O20的可控制備作出了有益的探索。最后燃燒合成的粉體在較低溫度下反應(yīng)燒結(jié)得到單相Ba2Ti9O20陶瓷。研究結(jié)果表明,選擇合適的干燥方法和干燥溫度對(duì)獲得均勻的干燥產(chǎn)物作為起始燃燒粉料來說是非常重要的。
　　本文通過對(duì)干燥產(chǎn)物的熱力學(xué)行為來初步判斷組分的均勻性,同時(shí)確定其燃

4、燒特性。差熱曲線上有著尖銳的單峰的物質(zhì)組成是均勻的,其燃燒放熱最劇烈,燃燒瞬間完成,瞬間高溫放熱容易獲得均勻的納米尺寸的顆粒。文中選擇平板干燥,利用其薄層快速干燥的機(jī)理,在150℃干燥獲得的組成最均勻,其相應(yīng)的燃燒產(chǎn)物在1200℃煅燒的粉末組成為Ba2Ti9O20單相。通過研究燃燒環(huán)境和起始溶液配比對(duì)中間產(chǎn)物物相和顯微結(jié)構(gòu)的影響,發(fā)現(xiàn)燃燒產(chǎn)物的相組成和微觀形貌由燃燒反應(yīng)劇烈程度、燃燒持續(xù)時(shí)間、燃燒達(dá)到的最高溫度這些因素所決定。不同條件下

5、的燃燒經(jīng)歷了不同的反應(yīng)過程,所以得到不同相組成和微觀形貌的燃燒產(chǎn)物?？焖偃紵磻?yīng)更有利于得到細(xì)小的納米晶顆浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文粒,延長(zhǎng)時(shí)間則有利于形成連通網(wǎng)絡(luò);而提高環(huán)境溫度到相變溫度以上,有利于新相形成和細(xì)小顆粒的保持。由于檸檬酸同時(shí)作為絡(luò)合劑和燃料存在,所以在燃燒過程中也存在兩種影響機(jī)制。對(duì)于低硝酸鹽/檸檬酸配比體系,易于獲得BaTi5O,,相;高硝酸鹽/檸檬酸配比體系,易于獲得BaTi4Og相;但過高硝酸鹽/檸檬酸配比體系,燃燒瞬

6、間完成,少量BaTi5Oll相來不及轉(zhuǎn)變?yōu)锽aTi4Og相。因此,在體系中可以通過調(diào)節(jié)硝酸鹽/檸檬酸配比和燃燒環(huán)境,來獲得適當(dāng)?shù)奈锵嘟M成和均勻小顆粒的燃燒產(chǎn)物。通過中間產(chǎn)物對(duì)BaZTi902。形成的影響的研究,發(fā)現(xiàn)中間產(chǎn)物中過程中組分的均勻和BaTi5Oll相含量高均有利于BaZTigOZ。相的形成。均勻性是影響B(tài)aTi5Oll相形成的主要因素。均勻性越好,BaTi5OI;相含量越高,BaTi5Oll的存在有助于抑制燒結(jié)時(shí)相變的應(yīng)變能,

7、只需克服較低的能壘,強(qiáng)化了BaZTigO加的形成。而中間產(chǎn)物的微觀形貌對(duì)陶瓷中的顯微結(jié)構(gòu)的影響,盡管可能在經(jīng)1200℃鍛燒和1300℃燒結(jié)的高溫過程后,同系列樣品之間本就微小的差別幾乎消失,但是兩者之間仍然存在一定的關(guān)聯(lián)。即,小顆粒更易獲得微觀形貌均一的致密陶瓷。而大顆粒的存在容易導(dǎo)致晶粒的異常生長(zhǎng),對(duì)陶瓷的介電性能來說是不利的。通過燒結(jié)條件對(duì)BaZTigOZ。陶瓷形成的影響的研究,發(fā)現(xiàn)低溫長(zhǎng)時(shí)間燒結(jié)有利于獲得結(jié)構(gòu)均一,晶粒生長(zhǎng)均勻的陶