天然矿物为主要原料制备能应用于低温共烧陶瓷辊棒的工作较少
发布日期：2014/12/1 浏览次数：
我们陶瓷辊|玻璃钢化炉陶瓷辊|陶瓷辊棒|高铝球石厂家为更多的客商提供最优质和完善的服务体系，今天小编要带大家来了解的是"天然矿物为主要原料制备能应用于低温共烧陶瓷辊棒的工作较少"，对其进一步了解。
陶瓷辊棒具有介电常数及损耗低、热膨胀系数与Si及GaAs等半导体材料热膨胀系数匹配、力学强度高等优异特性，被认为是低温共烧陶瓷技术理想的基板材料。在已报道研究工作中，陶瓷辊棒的制备主要以化学纯原料为主，以天然矿物为主要原料制备能应用于低温共烧陶瓷技术的陶瓷辊棒的工作较少，以天然矿物为原料具有成本低的优势，同时对矿物的高效利用具有重要意义。以钾长石矿为主要原料制备低温烧结α-陶瓷辊棒基板材料，采用傅里叶转变红外光谱、扫描示差量热分析、x-射线衍射、扫描电子显微技术对辊棒前驱结构、陶瓷辊棒物相组成及显微结构进行了表征，此外，对陶瓷辊棒的介电、热膨胀性能及抗折强度进行了测试；系统探讨了由于钾长石矿而引入配方中的非主晶相化学成分及配方中Si02含量变化对陶瓷辊棒烧结-晶化及性能的影响；首次采用非等温动力学方程计算了低温条件下(950℃)由非晶相直接晶化形成a-陶瓷辊的动力学参数。对比化学纯原料制备的陶瓷辊棒，钾长石矿为原料在辊棒配方中引入了以K20为主的非主晶相化学成分；这些非主晶相化学成分降低了辊棒前躯体的辊棒转变温度、升高了晶化起始温度和晶化峰值温度，最终改善辊棒的烧结性，有利于陶瓷辊棒致密化；非主晶相化学成分促进陶瓷辊棒中a-革青石相形成，但由于其含量(6.29wt%)过高，在陶瓷辊棒中形成了白榴石相；非主晶相化学成分及白榴石恶化陶瓷辊棒的介电及热膨胀性能。
钾长石矿用量变化导致陶瓷辊棒配方中非主晶相化学成分含量变化。当配方中非主晶相化学成分含量由5.72wt%增至9.16wt%，辊棒转变温度和晶化温度依次降低；进一步增加非主晶相化学成分含量至10.80wt%，由于其中K20含量增至7.41wt%，K+半径较大抑制质点迁移降低晶化趋势，而使晶化温度升高；非主晶相化学成分含量为5.72wt%和10.80wt%的辊棒低温烧结趋势更高，相应陶瓷辊棒致密度更高(孔隙含量低)。非主晶相化学成分中的主要成分K2O含量显著影响陶瓷辊棒主晶相的种类及含量；K20含量≤5.12wt%，升高K20含量促进α-陶瓷辊形成；当K20含量≥6.29wt%时，陶瓷辊棒中形成白榴石相，且K20含量为7.41wt%时陶瓷辊棒主晶相为白榴石相。在满足LTCC基板材料性能及钾长石矿用量要求的前提下：非主晶相化学成分含量为5.72wt%(钾长石矿用量32.24wt%)的配方在900℃和925℃制备的陶瓷辊棒致密度高，晶相仅含有α-陶瓷辊，介电常数(分别为6.74、6.16，10MHz)及损耗(分别为4.00×10-3、14.56×10-3、10MHz)低，热膨胀系数(分别为5.23、5.63×10-6K-1)与半导体材料GaAs热膨胀系数匹配良好，且强度(分别为115MPa、145MPa)较高，具有作为LTCC基板材料的潜力。配方中SiO2含量增加，辊棒网络结构完整性增强不明显，但辊棒转变温度及晶化峰值温度升高，即晶化趋势降低；配方中Si02含量增加，陶瓷辊棒晶相均为a-陶瓷辊，但结晶度降低，孔隙有微弱减少；这些表明增加配方中Si02含量辊棒烧结性微弱增强。总体而言，配方中Si02含量增加，陶瓷辊棒的介电常数有所降低，可以达到低于6.5；尤其是陶瓷辊棒的介电损耗有明显改善，在900℃烧结，配方中SiO2含量在49.91-54.08wt%的陶瓷辊棒介电损耗均在5.00×10-3(10MHz)附近；这有利于低温烧结α-陶瓷辊棒应用作为LTCC基板材料。
α-陶瓷辊晶体均从非晶相中直接晶化形成，而不是由μ-陶瓷辊转变而形成，且化学成分对α-陶瓷辊晶化过程无明显影响；辊棒Bl中α-陶瓷辊晶化活化能分别为279kJ/mol(Kissinger方程)和280kJ/mol(平均值，Ozawa方程)；α-陶瓷辊晶体生长Avrami指数均为1.89(平均值)，表现出体成核和一维生长的机制，这也被α-陶瓷辊晶体的形貌特征所验证；辊棒化学成分对α-陶瓷辊晶体形成活化能有一定影响，高非主晶相化学成分含量辊棒B2中a-陶瓷辊晶化活化能为252(Kissinger方程)和261kJ/mol(平均值，Ozawa方程)，高Si02含量辊棒B2-4的活化能分别为231(Kissinger方程)和241kJ/mol(平均值，Ozawa方程)，高含量的SiO2或非主晶相化学成分均有利于形成α-陶瓷辊；而成分变化对Avrami指数，即晶体生长机制无明显影响。
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陶瓷辊棒具有介电常数及损耗低、热膨胀系数与Si及GaAs等半导体材料热膨胀系数匹配、力学强度高等优异特性，被认为是低温共烧陶瓷技术理想的基板材料。在已报道研究工作中，陶瓷辊棒的制备主要以化学纯原料为主，以天然矿物为主要原料制备能应用于低温共烧陶瓷技术的陶瓷辊棒的工作较少，以天然矿物为原料具有成本低的优势，同时对矿物的高效利用具有重要意义。以钾长石矿为主要原料制备低温烧结α-陶瓷辊棒基板材料，采用傅里叶转变红外光谱、扫描示差量热分析、x-射线衍射、扫描电子显微技术对辊棒前驱结构、陶瓷辊棒物相组成及显微结构进行了表征，此外，对陶瓷辊棒的介电、热膨胀性能及抗折强度进行了测试；系统探讨了由于钾长石矿而引入配方中的非主晶相化学成分及配方中Si02含量变化对陶瓷辊棒烧结-晶化及性能的影响；首次采用非等温动力学方程计算了低温条件下(950℃)由非晶相直接晶化形成a-陶瓷辊的动力学参数。对比化学纯原料制备的陶瓷辊棒，钾长石矿为原料在辊棒配方中引入了以K20为主的非主晶相化学成分；这些非主晶相化学成分降低了辊棒前躯体的辊棒转变温度、升高了晶化起始温度和晶化峰值温度，最终改善辊棒的烧结性，有利于陶瓷辊棒致密化；非主晶相化学成分促进陶瓷辊棒中a-革青石相形成，但由于其含量(6.29wt%)过高，在陶瓷辊棒中形成了白榴石相；非主晶相化学成分及白榴石恶化陶瓷辊棒的介电及热膨胀性能。
钾长石矿用量变化导致陶瓷辊棒配方中非主晶相化学成分含量变化。当配方中非主晶相化学成分含量由5.72wt%增至9.16wt%，辊棒转变温度和晶化温度依次降低；进一步增加非主晶相化学成分含量至10.80wt%，由于其中K20含量增至7.41wt%，K+半径较大抑制质点迁移降低晶化趋势，而使晶化温度升高；非主晶相化学成分含量为5.72wt%和10.80wt%的辊棒低温烧结趋势更高，相应陶瓷辊棒致密度更高(孔隙含量低)。非主晶相化学成分中的主要成分K2O含量显著影响陶瓷辊棒主晶相的种类及含量；K20含量≤5.12wt%，升高K20含量促进α-陶瓷辊形成；当K20含量≥6.29wt%时，陶瓷辊棒中形成白榴石相，且K20含量为7.41wt%时陶瓷辊棒主晶相为白榴石相。在满足LTCC基板材料性能及钾长石矿用量要求的前提下：非主晶相化学成分含量为5.72wt%(钾长石矿用量32.24wt%)的配方在900℃和925℃制备的陶瓷辊棒致密度高，晶相仅含有α-陶瓷辊，介电常数(分别为6.74、6.16，10MHz)及损耗(分别为4.00×10-3、14.56×10-3、10MHz)低，热膨胀系数(分别为5.23、5.63×10-6K-1)与半导体材料GaAs热膨胀系数匹配良好，且强度(分别为115MPa、145MPa)较高，具有作为LTCC基板材料的潜力。配方中SiO2含量增加，辊棒网络结构完整性增强不明显，但辊棒转变温度及晶化峰值温度升高，即晶化趋势降低；配方中Si02含量增加，陶瓷辊棒晶相均为a-陶瓷辊，但结晶度降低，孔隙有微弱减少；这些表明增加配方中Si02含量辊棒烧结性微弱增强。总体而言，配方中Si02含量增加，陶瓷辊棒的介电常数有所降低，可以达到低于6.5；尤其是陶瓷辊棒的介电损耗有明显改善，在900℃烧结，配方中SiO2含量在49.91-54.08wt%的陶瓷辊棒介电损耗均在5.00×10-3(10MHz)附近；这有利于低温烧结α-陶瓷辊棒应用作为LTCC基板材料。
α-陶瓷辊晶体均从非晶相中直接晶化形成，而不是由μ-陶瓷辊转变而形成，且化学成分对α-陶瓷辊晶化过程无明显影响；辊棒Bl中α-陶瓷辊晶化活化能分别为279kJ/mol(Kissinger方程)和280kJ/mol(平均值，Ozawa方程)；α-陶瓷辊晶体生长Avrami指数均为1.89(平均值)，表现出体成核和一维生长的机制，这也被α-陶瓷辊晶体的形貌特征所验证；辊棒化学成分对α-陶瓷辊晶体形成活化能有一定影响，高非主晶相化学成分含量辊棒B2中a-陶瓷辊晶化活化能为252(Kissinger方程)和261kJ/mol(平均值，Ozawa方程)，高Si02含量辊棒B2-4的活化能分别为231(Kissinger方程)和241kJ/mol(平均值，Ozawa方程)，高含量的SiO2或非主晶相化学成分均有利于形成α-陶瓷辊；而成分变化对Avrami指数，即晶体生长机制无明显影响。
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