MgO-Al2O3-SiO2-TiO2-CeO2系统微晶玻璃的析晶过程与微波介电性能

利用DTA、XRD、SEM及TEM等实验手段,研究了MgO-Al2O3-SiO2-TiO2-CeO2系统玻璃的一个典型组成的析晶过程,并讨论了其在相变过程中微波介电性能的变化规律.研究结果表明,作为核化的先导,原始玻璃在晶化之前已经分相;在热处理过程中,金红石晶核首先在约800℃时析出;硅钛铈矿和α-堇青石则先后在约900和1100℃出现.随着热处理温度和晶化程度的提高,材料的微波介电常数不断提高,而介电损耗则不断下降.但热处理温度超过1100℃时,由于α-堇青石相的大量析出,材料的介电常数开始降低,同时由于晶粒的粗化,介电损耗略有升高.由玻璃受控析晶得到的微晶玻璃由针状金红石、颗粒状硅钛铈矿和板条状α-堇青石三种主要晶相构成,在微波频率下(10G),介电常数可在8～11范围内调控,介电损耗可＜6×10-4,是一种有实用价值的新型微波介质材料.     

MgO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃晶化行为和力学性能

采用差热分析、X射线衍射分析和扫描电镜观察等测试方法，对以TiO2和ZrO2作为复合晶核剂生成的微晶玻璃摘要的晶化行为进行了研究，并讨论了热处理工艺与晶化行为、力学性能之间的关系。结果表明：随温度升高，玻璃中依次析出镁铝钛酸盐、假蓝宝石、尖晶石、α-堇青石、顽火辉石等晶体。材料力学性能取决于热处理工艺，经800℃、2h和1190℃，1h处理后，所制备的陶瓷试样具有良好的力学性能，抗弯强度可稳定在320MPa以上。     

MgO-Al2O3-SiO2微晶玻璃析晶影响因素

采用DSC方法对MgO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃析晶影响因素进行研究,包括材料的组成、玻璃熔融温度及材料形态等方面.获得有利于MgO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃低温烧结的因素:较高的Mg2 离子含量、较低的熔融温度和缺陷较多的粉体形态,为其作为低温共烧陶瓷(LTCC)基板材料使用提供可能.     

热处理对Mg-Al-Si-Ti-B系微晶玻璃析晶及介电性能的影响

采用差热分析仪(DSC), X射线衍射仪(XRD)及扫描电子显微镜(SEM)等测试手段, 研究了不同烧结制度下19MgO-23Al₂O₃-53SiO₂-4TiO₂-2.5B₂O₃(wt%, M-A-S-T-B)系微晶玻璃样品的析晶过程、相成分与含量及微观形貌, 并分析了核化与晶化时间对材料微波介电性能的影响关系。结果表明, 根据玻璃受控析晶机制, 当热处理制度为850℃/2 h+950℃/2 h时, 斜顽辉石(MgSiO₃)相得以较好的析出, 且伴随有α-堇青石(Mg₂Al₄Si₅O₁₈)、镁铝硅酸盐(xMgO-yAl₂O₃-zSiO₂)和方石英(α-SiO₂)相的析出。随着核化时间的延长, M-A-S-T-B体系各晶相种类及析出量变化不明显; 而随着晶化时间的延长(20 h), 材料的晶化程度提高, 品质因数(Q×f)得以提升, 颗粒状晶粒析出趋于显著; 但当晶化时间进一步延长至30 h时, 样品致密度降低, 介电损耗略有增大。在热处理制度为850℃/2 h+950℃/20 h下, 样品获得的微波介电性能较优: ε_r=3.85、τ_f ≈-5.37×10^-6/℃和Q×f ≈12740 GHz(f₀=13.973 GHz)。     

La2O3在MgO-Al2O3-SiO2-TiO2微晶玻璃中的作用

在ＭｇＯ－Ａｌ_２Ｏ_３－ＳｉＯ_２－ＴｉＯ_２玻璃中添加不同数量的氧化镧,采用差热分析、Ｘ射线衍射及电子显微镜等技术研究了氧化镧对玻璃析晶过程与力学性能的影响．氧化镧的加入使玻璃中析出α－堇青石相的温度降低;同时避免了高膨胀方石英相的析出．随着氧化镧加入量的增加,玻璃整体析晶能力下降,微晶玻璃中晶相含量减少,晶粒尺寸增大,微晶玻璃的弹性模量与硬度减小,断裂韧性增加,体现出大尺寸长柱状金红石晶粒的增韧作用．     

晶化温度对Li2O-Al2O3-SiO2系微晶玻璃析晶和显微结构的影响

采用差热分析（DTA）、红外光谱分析（IR）、X衍射分析（XRD）、扫描电镜（SEM）等分析手段对Li2O-Al2O3-SiO2系微晶玻璃的析晶和微观结构进行了研究。结果表明：随晶化温度升高，玻璃首先析出β-石英固溶体晶体，晶化温度升高β-石英固溶体向β-锂辉石固溶体转变，晶粒尺寸及含量逐渐增大，但晶化温度过高这种趋势变化不大。最佳的晶化温度为810℃，所制得的微晶玻璃具有低膨胀相的晶体结构，可荻得较好的热膨胀性能。     

高频微晶玻璃介质材料的晶化研究

利用堇青石为主晶相的微晶玻璃,高频损耗小,成功地研制了一种介电常数ε＝7．2±0．2,介电损耗tgδ＜1．5×10^－4（制试频率＞1GHz）的微波材料.采用X射线衍射分析、扫描电镜、物理性能和电性能测试等技术,研究了该种玻璃晶化过程中的密度变化、晶相转变、以及电性能与晶相组成和结构的关系．     

晶种对低温烧结BaO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃析晶的影响

用烧结法制备了化学计量比和高Ba含量的两组BaO-Al2O3-SiO2(BAS)系微晶玻璃,研究了晶种对低温烧结BaO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃析晶的影响.结果表明,玻璃的软化温度随着品种含量的增加而提高.在两组玻璃粉中添加晶种有助于降低析晶活化能,促进六方钡长石和单斜钡长石的析出;晶种含量为1%时活化能最小,成分为化学计量比的玻璃析晶峰值温度也最低.在850℃保温时间2 h,添加1%晶种的BAS系微品玻璃全部转变为单斜钡长石.在两组成分的BAS系微晶玻璃中,六方钡长石的析出表现为整体析晶.不加晶种时,单斜钡长石通过六方钡长石一单斜钡长石的晶型转变析出,表现为整体析晶;添加晶种后,单斜钡长石主要因"同构"效应直接从基础玻璃中析出,表现为表面析晶.     

形核剂对Li2O-Al2O3-SiO2系微晶玻璃晶化过程的影响

采用差热分析(DTA),X射线衍射分析(XRD),扫描电镜(SEM)等分析手段研究了 TiO₂和TiO₂+ZrO₂两种形核剂对Li₂O-Al₂O₃-SiO₂(LAS)系微晶玻璃的形核和晶化的影响. 结果发现,样品经过不同温度的预形核处理后,采用TiO₂单一形核剂,晶化峰值温度和晶化峰 高度的变化较大,而采用TiO₂+ZrO₂复合形核剂,晶化峰值温度和晶化峰高度的变化较小. 当形核时间为2h,两种形核剂样品的最佳形核温度分别为745和760℃.晶化后均可得到纳米 结构的β-石英石固溶体晶相,其中采用TiO₂+ZrO₂复合形核剂样品的晶粒更细小.研究表 明采用复合形核剂的LAS微晶玻璃的形核过程对温度的敏感性小,有利于对形核过程进行控 制,同时形核效率高.     

MgO-Al2O3-SiO2系统微晶玻璃的红外光谱研究

本文利用红外吸收光谱（IR）研究了MgO-Al2-03-SiO2系统微晶玻璃中钛离子的配位状态变化.结果表明：玻璃稠络中主要有SiO4、AlO4四面体结构单元.在较低温度时,玻璃中的钛离子主要以四配位状态存在,随着温度的升高,钛离子逐渐向六配位转变.在升温过程中,TiO2表现为镁铝钛酸盐（MAT）和金红石相,玻璃中Al^3＋多数占据四面体配位位置.     

粉末烧结法制备α-堇青石基玻璃陶瓷的析晶动力学和性能

在堇青石化学计量组分和非堇青石化学计量组分中分别添加B₂O₃, 通过玻璃粉末烧结法制备玻璃陶瓷,并研究了玻璃陶瓷的性能, 包括非等温析晶动力学、热学、力学和介电性能。本研究使用非堇青石化学计量组分制备了α-堇青石基玻璃陶瓷, 并加入B₂O₃促进α-堇青石析出, 提高MgO-Al₂O₃-SiO₂玻璃的结晶能力。玻璃成分中过量的MgO和SiO₂不会影响玻璃的析晶能力, 但会影响析晶的类型; 增加B₂O₃含量可以制备低热膨胀系数的α-堇青石基玻璃陶瓷, 但会降低玻璃陶瓷的软化点。此外, 增加B₂O₃含量还可以提高玻璃陶瓷的致密性和强度。α-堇青石基玻璃陶瓷的最大抗弯强度、弹性模量、断裂韧性和体积密度分别为(42.4±3.0) MPa、(34.0±2.9) GPa、(0.7±0.15) MPa·m^1/2和1.53 g/cm³。制备的α-堇青石基玻璃陶瓷表现出良好的介电性能(介电常数低至3.5), 热膨胀系数低至4.22×10^-6 K^-1。     

低掺杂量MgO对钛酸锶钡陶瓷的结构和性能的影响

采用传统的陶瓷工艺制备了MgO掺杂的Ba0.6Sr0.4TiO3(BST)陶瓷样品.系统地研究了MgO掺杂量为0.06%～0.18%的Ba0.5Sr0.4TiO3陶瓷的微结构和介电性能.XRD分析显示,在我们所选取的掺杂范围内,MgO并没有影响到BST陶瓷的主晶相钙钛矿结构,且一定量的Mg离子进入到BST的晶格中.扫描电子显微镜对样品的形貌观察揭示了,随着MgO含量的增加其晶粒尺寸逐渐减小.介电性能和介电偏压测试表明,相对未掺杂BST样品的介电损耗明显降低且居里点逐渐向低温移动,可调性随着MgO掺杂量的增加而减小,MgO的掺杂量为0.18%(质量分数)时居里温度移到-49℃,可调性为16%,且样品的居里温度在外加电场作用下向高温方向移动.微波性能测试表明MgO掺杂BST陶瓷相对未掺杂样品具有较高的Q值.     

锂铝硅系光敏微晶玻璃的研究进展和应用

自Li₂O-Al₂O₃-SiO₂系光敏微晶玻璃诞生以来,人们便期望将其优秀的异向刻蚀能力应用于微型结构件的制造中。目前,对锂铝硅系光敏微晶玻璃材料的研究主要集中在成核机理、析晶过程和组分、性质间的关系等方面。光敏微晶玻璃的光敏性和结晶性能密不可分,光敏性决定了晶核的形成,而生成的偏硅酸锂晶体则决定了其异向刻蚀能力。因而对成核机理和析晶过程的研究至关重要,亦有利于了解玻璃的本质。而随着科学技术的发展进步,光敏微晶玻璃的某些性能已不能很好地满足应用要求,如介电损耗和化学稳定性,因此提高光敏微晶玻璃的性能变得必要。随着研究的日益深入,光敏微晶玻璃在实际应用中也暴露出一些问题,如刻蚀精度、壁角倾斜度、内壁光滑度、介电损耗高等,这些问题制约着该材料的发展,亟待解决。 本文阐述了锂铝硅系光敏微晶玻璃的光敏化诱导析晶原理,详细介绍了Li₂O-Al₂O₃-SiO₂系光敏微晶玻璃的研究进展以及在三维集成电路、微流控芯片和微通道板等方面的应用,分析了现阶段存在的问题,并指出了今后光敏微晶玻璃的研究方向。     

SnO2掺杂对BMN陶瓷结构及介电性能的影响

采用固相烧结法制备Ba(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3+x(x=0~8)%SnO_2(BMSN,x为质量分数)微波介质陶瓷,并研究SnO_2掺杂对Ba(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3(BMN)微波介质陶瓷结构及介电性能的影响。XRD分析表明,陶瓷体系中存在两种相,主晶相Ba(Mg_(1/3)-Nb_(2/3))O_3和附加相Ba_5Nb_4O_(15)。随着x的增大,BMSN陶瓷体系的相结构逐渐由钙钛矿六方结构转变为立方结构,同时有序相逐渐由1∶2有序结构转变为1∶1有序结构。研究表明:添加适量的SnO_2可以促进液相烧结,当SnO_2掺杂质量分数为6%时,BMN陶瓷致密化烧结温度由纯相时的1 550℃以上降低至1 200℃,表观密度ρ=6.39g/cm3,相对理论密度为99.1%,此时BMSN陶瓷体系拥有优良的微波介电性能——高相对介电常数(ε_r=33.6),接近于零的谐振频率温度系数(τ_f=0.15×10~(-6)℃~(-1)),高品质因数与谐振频率的乘积(Q·f=112 300GHz(8GHz))。     

花岗岩废渣制备微晶玻璃的研究

以花岗岩废渣为主要原料,用熔融法制备了以Zr O2为晶核剂的R2O-Mg O-Al2O3-Si O2(RMAS)系微晶玻璃。采用差示扫描量热法(DSC)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等测试方法研究了晶化温度对RMASZ系微晶玻璃的晶相组成、显微结构以及力学性能的影响。结果表明,随晶化温度升高,玻璃中依次析出翡翠石、镁铝硅酸盐、顽火辉石、四方Zr O2、尖晶石晶体。经780℃核化1 h、1 160℃晶化2 h热处理后,其四点抗弯强度达到114.56 MPa。     

(Ba1-xSrx)La4Ti4O15（x=0.8～0.95）陶瓷的微结构及微波介电性能研究

采用固相反应法制备了(Ba1-xSrx)La4Ti4O15(x=0.8~0.95)复合体系微波介质陶瓷,并对其进行物相组成、晶体结构分析以及微波介电性能的研究.研究结果表明,(Ba1-xSrx)La4Ti4O15陶瓷主晶相为SrLa4Ti4O15,并伴随有第二相SrLa8Ti9O15.SEM观察表明,Ba0.2Sr0.8La4Ti4O15陶瓷内部微观结构致密,晶粒尺寸在10~20μm之间,晶界清晰.随着x值逐渐增大,(Ba1-xSrx)La4Ti4O15陶瓷中晶粒形态发生变化,气孔增多.在x=0.8时,(Ba1-xSrx)La4Ti4O15陶瓷具有优良的微波介电性能,即εr=40.86,Q×f≈62806 GHz,τf=20×10 6/℃.随着Ba2+的含量逐渐增加,该陶瓷的介电常数εr单调上升,品质因子Q×f值增加,说明适量的Ba2+替代Sr2+能改善陶瓷的微波介电性能.     

碱土金属离子对微晶玻璃性能的影响研究

根据玻璃工艺学原理,选取相同摩尔含量的不同周期碱土金属氧化物制备微晶玻璃,采用DSC分析、XRD测试和力学性能、介电性能、热膨胀性能测试来研究其析晶特性以及各项物理性能随其中碱土金属离子R2 的变化.揭示出几点规律:随R2 周期数的增大,玻璃的析晶峰值温度降低,但烧结温度范围减小;微晶玻璃的抗弯强度随R2 周期数的增加先降低后增加;介电常数随R2 周期数增加而增大,介质损耗则随之减小;热膨胀系数随R2 周期数增加而增大.