激光制備CaTiSiO5基高頻介質(zhì)陶瓷的研究.pdf

1、高頻介質(zhì)陶瓷材料在現(xiàn)代功能陶瓷材料中占有非常重要的地位,具有廣泛的用途。高頻介質(zhì)陶瓷材料在高頻(1MHz)下的介質(zhì)損耗低、介電常數(shù)溫度系數(shù)范圍寬,廣泛用作陶瓷電容器的電介質(zhì)。根據(jù)介電常數(shù)溫度系數(shù)可分為兩大類:一類是熱補(bǔ)償電容器介質(zhì)陶瓷材料。熱補(bǔ)償電容器介質(zhì)陶瓷具有較大的負(fù)介電常數(shù)溫度系數(shù),如CaTiO3、TiO2等。熱補(bǔ)償電容器主要用在振蕩回路里,以補(bǔ)償回路電感元件的正溫度系數(shù),使回路諧振頻率保持不變或變化很小。另一類是熱穩(wěn)定電容器介質(zhì)

2、陶瓷材料,其介電常數(shù)溫度系數(shù)的絕對值很小,如TiO2-CaTiSiO5、CaTiO3-CaTiSiO5、CaTiO3-Ca(Mg1／3Nb2／3)O3、SrZrO3-SrTiO3、CaTiO3-CazrO3等。使用此類電介質(zhì)材料制作的高穩(wěn)定電容器廣泛應(yīng)用于移動(dòng)通訊、衛(wèi)星通訊、精密儀器和軍用雷達(dá)等領(lǐng)域。其中CaTiO3-CaTiSiO5介質(zhì)陶瓷是一種優(yōu)良的高頻介電陶瓷,它由單斜型CaTiSiO5(εr≈40,tanδ≈5×10-4,αε≈

3、+1200×10-6／℃)和正交型CaTi03(εr≈150,tanδ≈2.55×10-4,αε≈-1800×10-6／℃)兩相組成,具有較為優(yōu)良的介電性能:εr≈82,tanδ≈4×10-4,αε≈±25×10-6／℃,因而日益受到關(guān)注。TiO2和CaTiSiO5以適當(dāng)?shù)哪柋?0.82:0.18)進(jìn)行復(fù)合也能夠獲得具有介電性能的復(fù)合材料,即較高介電常數(shù)、較低的介質(zhì)損耗和接近于零的介電常數(shù)溫度系數(shù)。
　　 隨著現(xiàn)代通訊技術(shù)的迅

4、猛發(fā)展,陶瓷電容器也向小型化、大容量方面發(fā)展,而介電常數(shù)大、介質(zhì)損耗小的介質(zhì)陶瓷是制造高性能陶瓷電容器的前提條件。那么,提高CaTiO3-CaTiSiO5、(CaTiSiO5)0.18(TiO2)0.82陶瓷的介電性能是拓寬CaTiO3-CaTiSiO5、(CaTiSiO5)0.18(TiO2)0.82介質(zhì)陶瓷應(yīng)用范圍的迫切課題。近年來,激光燒結(jié)技術(shù)在制備新材料和提高材料性能方面,顯示出獨(dú)特的優(yōu)勢。本工作采用激光燒結(jié)技術(shù)制備CaTiO3

5、-CaTiSiO5、(CaTiSiO5)0.18(TiO2)0.32介質(zhì)陶瓷,并采用X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、精密阻抗分析儀、拉曼散射等對材料的晶格結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成、微觀結(jié)構(gòu)、介電性能等進(jìn)行測試與分析。
　　 根據(jù)樣品的物理性能和微觀結(jié)構(gòu)確定了激光燒結(jié)CaTiO3-CaTiSiO5、(CaTiSiO5)0.18(TiO2)0.82介質(zhì)陶瓷的最佳工藝分別為:激光功率1.2 kW,離焦量90 mm,燒結(jié)時(shí)間140

6、s；激光功率1.0 kW,離焦量140 mm,燒結(jié)時(shí)間240s。
　　 CaTiO3-CaTiSiO5陶瓷樣品的介電性能與高溫爐燒結(jié)相比,介電常數(shù)由爐燒的82提高到376,介質(zhì)損耗和溫度系數(shù)基本不變。微觀結(jié)構(gòu)也發(fā)生顯著變化,樣品比較致密沒有大量的氣孔和微裂紋,晶粒較大,生長完整并且呈樹枝狀定向生長,晶粒之間相互連成一體形成樹枝狀結(jié)構(gòu)群。激光燒結(jié)的(CaTiSiO5)0.18(TiO2)0.82介質(zhì)陶瓷致密度、純度很高,形成了逆激