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摘 要

熔融石英陶瓷在烧结过程中会随着温度的变化发生相转变，从而产生较大的体积变化使熔融石英陶瓷开裂进而导致其失效。选择适当的添加剂可以在提高致密度的同时抑制析晶，加入低熔点的酸性氧化物可以在烧结过程中包裹在石英表面，重新熔制破损的网络形成体，从而达到抑制析晶的目的。本文通过加入B₂O₃熔体以固相法烧结制成分子式为xB₂O₃-(1-x)SiO₂ x=(0.05-0.35)的改性熔融石英陶瓷。实验表明:烧结温度过低时，只有少量的方石英析出但不致密；烧结温度过高时，材料可以烧结致密但方石英析出量较多。随着B₂O₃的含量增加，熔融石英陶瓷的烧结温度在逐步降低，方石英相的含量在减少。

最佳性能在x=0.25，1100℃下烧结4小时达到，气孔率为1％，相对介电常数为4.2，Q×f=32050(f=15GHz)，此时的方石英析晶量也很少。

关键词:熔融石英、B₂O₃、析晶、致密化

Abstract

In the sintering process, fused silica ceramics undergo phase transformation with the change of temperature,so that a large volume change causes the fused quartz ceramic to crack and cause its failure.Selecting appropriate additives can increase the density while suppressing crystallization.The addition of a low-melting acidic oxide can wrap on the surface of the quartz to remelt the damaged network forming body, thereby suppressing crystallization. In this paper,a modified fused silica ceramic with the formula xB2O3-(1-x)SiO2 x=(0.05-0.35) was prepared by solid-phase sintering by adding B2O3 melt.Experiments show that when the sintering temperature is too low, only a small amount of cristobalite is precipitated but not dense;when the sintering temperature is too high,the material can be densely sintered but the amount of cristobalite precipitated more.With the increase of B2O3 content, the sintering temperature of fused silica ceramics gradually decreases and the content of cristobalite phase decreases.

The best performance is achieved at x=0.25,1100°C,porosity is one percent,relative permittivity is 4.2,Q×f=32050,and the amount of crystallites in the cristobalite is also small at this time.

Key Words:Fused silica、B₂O₃、crystallization、densification

目录

摘要......................................................................................................................................................Ⅰ

ABSTRACT....................................................................................................................................Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2熔融石英析晶机理 1

1.2.1析晶的一般规律 1

1.2.2熔融石英析晶的主要影响因素 2

1.2.3析晶的抑制 2

1.3熔融石英的烧结机制 3

1.3.1固相烧结 3

1.3.2液相助烧 4

1.4课题的研究内容 5

第二章 实验过程及性能表征 7

2.1实验原料及设备 7

2.1.1实验原料 7

2.1.2实验设备 7

2.2试样制备 7

2.2.1 称量配料 8

2.2.2 球磨 8

2.2.3 烘干、造粒 8

2.2.4 成型 8

2.2.5 烧结 8

2.3测试与分析 9

2.3.1XRD测试 9

2.3.2体积密度测定 9

2.3.3介电性能测试 10

第三章 高致密熔融石英微波介质陶瓷性能研究 12

3.1研究背景 12

3.2实验过程 12

3.3实验结果分析 13

第四章 结论 20

参考文献 21

致谢 24

第一章 绪论

1.1引言

自上世纪中叶以来，熔融的石英陶瓷一直被美军用作导弹的天线材料。熔融石英陶瓷是由石英玻璃经陶瓷材料生产工艺制成的烧结体。因拥有介电常数低、热膨胀系数小、热稳定性好、绝缘性能好等物理性能，熔融石英陶瓷被用于耐火材料中，并在抵抗剧烈的温度变化的材料领域中迅速的被推广开来。熔融石英陶瓷在航空航天、雷达、微波天线通信技术等方面都有应用，是一种前景广阔的陶瓷材料。

近五十年来，随着微波通信技术的发展，微波介电材料的应用前景在不断扩大。低介电常数微波介质陶瓷是最重要的微波基片材料，因此低介电常数微波介质陶瓷的发展需求十分迫切，它决定了微波通信技术能否向更高的层面发展。

微波介质陶瓷可以用于制备各种各样的微波器件。它们在微波电路中有很多应用，例如:支撑起绝缘作用的电路元件和介质基片；微波电路中的电容器；完成LC谐振电路功能的介电谐振元件和微波电路中的介电波导^[1-2]。其中，介质谐振元器件是微波介质材料的主要用途^[3]，也是目前的研究热点。

1.2熔融石英析晶机理

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