溶胶_凝胶法制备_Ca_1_x_Mg_x_SiO_3陶瓷及其微波介电性能

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1、物理化学学报(WuliHuaxueXuebao)AprilActaPhys.-Chim.Sin.,2007,23(4):609-613609[Note]www.whxb.pku.edu.cn溶胶-凝胶法制备(Ca1-xMgx)SiO3陶瓷及其微波介电性能王焕平张启龙*杨辉孙慧萍(浙江大学材料与化工学院,杭州310027)摘要:以硝酸钙、硝酸镁、正硅酸乙酯为先驱体,利用溶胶-凝胶法合成(Ca1-xMgx)SiO3(x=0.1、0.2、0.3、0.4、0.5)陶瓷粉体,研究了Mg2+取代Ca2+对陶瓷物相组成、烧结特性以及微波介电性能的影响规律.结果表明,Mg2+在Ca

2、SiO中的最大固溶度不超过0.2;随着Mg2+对Ca2+取代量的增加,陶瓷在烧结后的主晶相出现从CaSiO相向33CaMgSi2O6相的转变,陶瓷的烧结特性及介电性能出现先增加后下降的趋势;当x=0.3时,陶瓷体中CaSiO3相与CaMgSi2O6相共存,克服了单相CaSiO3或CaMgSi2O6易成片长大的缺点,有效减少了陶瓷中残留的气孔,提高烧结体致密性.(Ca0.7Mg0.3)SiO3在1320℃烧结后介电常数为6.62,品质因数为36962GHz.关键词:溶胶-凝胶;低介电常数;CaO-MgO-SiO2;微波介质陶瓷中图分类号:O646,TQ174.75,T

3、M28SynthesisandMicrowaveDielectricPropertiesof(Ca1-xMgx)SiO3CeramicbySol-GelProcess*WANGHuan-PingZHANGQi-LongYANGHuiSUNHui-Ping(CollegeofMaterialScienceandChemicalEngineering,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,P.R.China)Abstract:UsingCa(NO3)2·4H2O,Mg(NO3)2·6H2OandSi(OC2H5)4asprecursors,

4、(Ca1-xMgx)SiO3powderswerepreparedbysol-gelmethodwithvaryingx(0.1,0.2,0.3,0.4,0.5).Thephaseconstitution,sinteringcharacteristicanddielectricpropertiesof(CaMg)SiOceramicswerestudied.TheresultsshowedthatthesolubilitylimitationofMg2+1-xx3inCaSiOwasbelow0.2andCaSiOphasewastransformedintoCaM

5、gSiOphasewithsubstitutingCa2+byMg2+.3326Whenxwas0.3,thegrowthofgrainswasrestrainedandporesweredecreasedduetothecoexistenceofCaSiO3andCaMgSi2O6,andthentheceramicdensitywasenhanced.Thedielectricconstantandqualityfactorof(Ca0.7Mg0.3)SiO3ceramicsinteredat1320℃were6.62and36962GHz,respective

6、ly.KeyWords:Sol-gel;Lowdielectricconstant;CaO-MgO-SiO2;Microwavedielectricceramic随着信息技术的发展,低介电常数的陶瓷材料添加烧结助剂,Al2O3陶瓷烧结温度仍然在1200℃[1][5-7]由于对减少信号的延迟时间具有积极意义,受到以上.AlN的烧结温度更高,为1900℃.为了降低了广泛的重视.目前,低介电常数陶瓷材料的研究烧结温度,在陶瓷材料中加入低熔点助剂后,其微波[2,3]主要集中在玻璃-陶瓷、Al2O3、AlN等体系上.玻介电性能大大下降.璃-陶瓷虽然能在较低温度下烧结,但由于大

7、量低熔硅灰石(CaSiO3)是一种具有良好性能的低介电[8]点物质的引入,增加了材料的介质损耗,很难在高常数陶瓷材料.然而,硅灰石的烧结温度范围非常[9]频下实用.Al2O3陶瓷具有较低的介电常数(εr,约为窄,而且在烧结后难以致密.镁与钙同属IIA族元10)和良好的品质因数(Q×f,约为50000GHz),但其素,能与硅氧形成透辉石(CaMgSi2O6)晶相,已有文[4]烧结温度高达1600℃,通过细化粉体减小粒径或献对CaMgSi2O6的结构、自扩散及相关热力学数据Received:October16,2006;Revised:November29,2006