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BaO-TiO_2-ZnO系介质陶瓷及微波测试技术研究

王国庆  
【摘要】: 论文主要研究了BaO-TiO_2-ZnO(BTZ)系微波陶瓷材料和微波介电性能测试两方面的问题。 通过改变BTZ系统的Ti/Ba比和ZnO含量,并添加适量的Nb_2O_5、SnO_2和MnCO_3等物质,改变陶瓷的微观结构和烧结性能,将烧结温度从高温降至中温(1160℃),并获得了优异的介电性能。Zn~(2+)和Nb~(5+)联合取代Ti~(4+)可形成复合型固溶体,产生液相烧结。Sn~(4+)取代Ti~(4+),形成置换型固溶体,降低体系自由能,降低烧结温度。Sn~(4+)和变价的Mn2+充当氧化剂,抑制Ti~(4+)的还原,提高了系统的Q值。通过添加玻璃,可使烧结温度进一步降低到低温(960℃)。 通过控制预烧温度、烧结温度、球磨时间等工艺参数,调节系统的相组成和微观结构,从而得到优异的介电性能。预烧过程中生成的中间相BaTi_5O_(11)等对于主晶相BaTi_4O_9和Ba_2Ti_9O_(20)的生成具有重要意义。改变烧结温度可以显著调节陶瓷的致密度和介电参数。球磨工艺能够促进粉体细化和改变系统组分,对介电性能也有重要影响。 研究得到两种BTZ系微波陶瓷材料,有关参数如下: 在微波陶瓷介电性能测试方面,采用了波导法和开式腔谐振法。对于波导法,利用最小二乘法和迭代法成功解决了厚度谐振和多值问题。分析表明这种算法在介电常数随频率变化率较大时也非常有效。  对于开式腔谐振法,给出了三种不同的算法:(1)线性插值或三次样条插值;(2)基于最小二乘法的经验公式(适于手算);(3)人工神经网络。分析了有关算法的精度、复杂度等问题。对神经网络算法,根据问题的特点选用部分神经网络模型,明显简化了计算,提高了速度。对微波材料测试及相关领域的研究具有重要意义。


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