添加剂对钛酸锌陶瓷性能影响文献综述

 2021-10-08 06:10

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文 献 综 述

1.引言

新型陶瓷材料具有许多特殊功能,其优越的潜在性能逐渐为人们所发现和利用,使它们在新材料领域中崭露头角,受到人们极大的关注,使得人们对陶瓷材料有较新的认识。新型陶瓷材料具有高新技术的内涵,与传统陶瓷材料相比,它有以下三个特点:第一、以现代科技发展的需求为背景,是现代科技发展的产物;第二、制造工艺复杂,为技术、知识密集型产品;第三、具有特殊的性能,如优异的力学性能,耐高温性能,各种光、电、磁、声性能及各种信号的接收、发射与转换功能,能满足高新技术产业的需求[1-3]。

新型陶瓷材料的组分主要是一些金属或非金属元素的氧化物、氮化物、碳化物及硼化物等。陶瓷材料的性能主要取决于晶体结构、晶界性能和显微结构,但材料的固有性能主要取决于其晶体结构[4]。不同的材料具有不同的结构,因而性能也不同。新型陶瓷从性能上可以分为结构陶瓷和功能陶瓷两大类。结构陶瓷是指具有力学和机械性能及部分热学和化学性能的先进陶瓷,特别适于高温下应用的则称为高温结构陶瓷[5]。

功能陶瓷材料则由于其组成可控和性能多样、涉及材料科学、物理学、化学等多个学科的交叉领域,因而科研内容丰富、应用十分广泛,在功能电子材料家族中占有相当重要的地位[6]。 随着现代通讯、微电子、航空航天及电子信息等高科技领域的飞速发展,终端产品对于材料的要求愈来愈高[7]。微波介质陶瓷材料,因其在微波频段下具有介电常数εr高、品质因数Q优异、谐振频率温度系数τf 稳定等特性,适于制作各种微波介质陶瓷元器件[8],可以满足新兴高科技领域对微波介质陶瓷元器件小型化、集成化、高可靠性和低成本要求,越来越受到国内外元器件领域的高度重视。

钛酸锌（ZnTiO3）介电陶瓷由于不加助熔剂就可以在1 100 ℃下烧结，与其它高温烧结的介电材料相比，有着先天的优势，成为研究关注重点，而且它具有优良的微波介电性能 ：εr =19，Q=3 000（10 GHz）τf = 55106℃[9-11]，因此，它是制作低温共烧微波介质器件的理想材料之一，例如制作移动通讯设备中的片式介质谐振器、介质双工器和介质天线以及微波电容等。

在钛酸锌（ZnO-TiO2）体系中，一般认为存在Zn2TiO4、ZnTiO3和Zn2Ti3O8相三种稳定相。 但由于ZnTiO3在高于950C会分解成微波介电性能很差的Zn2TiO4和金红石TiO2[12-15]，会导致微波介电性能下降，品质因数值大幅度降低，因此人们研究的重点集中在降低钛酸锌的烧结温度，使之低于945℃。有的从粉体制备工艺上采取措施，有的掺杂氧化物来降低烧结温度和提高微波介电性能。本课题将焦点放在各种添加物对钛酸锌介电陶瓷的结构和性能的影响上。

目前，微波介质陶瓷的研究方法主要有[16-17]:

1、固相反应法；

固相法是一种传统的制粉工艺，虽然有其固有的缺点，如能耗大、效率低、粉体不够细、易混入杂质等，由于该法制备的粉体颗粒无团聚、填充性好、成本低、产量大、制备工艺简单等优点，迄今仍是常用的方法。固相法通常具有以下特点：

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