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钙铝硼硅玻璃+熔融石英复相材料的制备及性能研究

夏国斌  
【摘要】:本实验的主要目的是制备一种应用于低温共烧陶瓷的玻璃+陶瓷体系材料并研究其性能。为实现较低的热膨胀系数,我们设计了不同的钙铝硼硅玻璃组分并通过熔融法制备了玻璃。陶瓷相选择热膨胀系数较低的熔融石英,将其球磨不同时间,得到不同平均粒径的熔融石英粉。本实验采用DSC,XRD,SEM等分析测试手段,通过改变烧结制度,原料粒度,玻璃和陶瓷比例等方面的实验,对材料的烧结性能,物相,显微结构等方面的性质进行了研究。 首先,对制得的钙铝硼硅玻璃和球磨后的熔融石英粉烧结前后的物相进行了分析研究。无定形态的纯钙铝硼硅玻璃在烧结后析出了钙长石和方石英晶相。而无定形态的熔融石英烧结后并没有析出晶相,仍然保持无定形态。制备的不同组分的钙铝硼硅玻璃的热膨胀系数与最初设计值基本相符。 其次,讨论了钙铝硼硅玻璃+熔融石英的烧结性能,同时对该体系材料的烧结机理做了初步探讨。通过改变熔融石英粉的粒度,研究了原料的粒度对材料烧结性能的影响。通过改变烧结制度,有效地抑制了复相材料中不必要的方石英相的析出,具有低热膨胀系数的钙长石晶相成为主晶相。通过增加体系中钙铝硼硅玻璃的质量分数,最终实现了材料在900℃下充分致密化。对材料的烧结机理进行了初步探索。钙铝硼硅玻璃没有很好地润湿熔融石英,本体系的烧结机理是粘性流动烧结。 最后,研究了钙铝硼硅玻璃+熔融石英复相材料的热性能,介电性能,弯曲强度等性能。通过抑制方石英相的析出,材料的热膨胀系数被有效降低了,并且达到了作为低温共烧陶瓷基板材料的要求。同时材料具有较低的介电常数和介电损耗。材料的抗弯强度总体偏低。材料中大量存在的闭气孔是导致这一现象的主要原因。


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