碳化硅基微波衰减陶瓷的制备与性能研究

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行波管是一种重要的微波器件,具有大功率、高增益、宽频带和较长寿命等特点,与半导体器件相比有较大的优越性,并被广泛使用于卫星通讯、雷达等重点工程。耦合腔行波管是大功率行波管中重要的一种。由于耦合腔行波管自身结构特点,其很容易产生各种振荡,而影响行波管的稳定工作,因此,开发用于抑制各种振荡的微波衰减材料具有重大意义。  本文阐述了微波衰减材料的种类及研究现状,制定了热压制备SiC基复相衰减陶瓷材料的工艺路线。通过XRD相分析、相对密度和气孔率测试、SEM显微结构分析、导热率的测试、伏安法电阻率的测试、介电性能测试以及微波衰减性能测试,系统地研究了SiC基复相材料体系的配方、工艺参数对烧结性能、显微结构、导热性能、导电性能、介电性能和微波衰减性能的影响规律。在AlN-SiC复相材料体系中,以MgO、SiO2和Y2O3作烧结助剂,采用热压烧结工艺、氩气氛下制备了一系列高含量SiC的复相材料。通过对助剂比例的调整,得出合适的烧结助剂配方。通过加入不同含量的烧结助剂,得出合适的助剂含量为8-12wt%,这个比例的助剂均有助于材料的致密。烧结助剂在热压烧结的过程中生成了新相Y3Al5O12,复相材料由主晶相AlN、SiC和次晶相Y3Al5O12构成。比较了不同AlN原料尺寸对复相材料性能的影响,结果表明AlN粒度的变化对材料烧结性能影响不大。研究了SiC含量变化对材料性能的影响。当烧结温度为1900℃时,SiC的含量在50~80wt%之间变化,复相材料都可以烧结致密,显气孔率保持在0.5%以下;当SiC的含量达到了70wt%以上,SiC的加入将会阻碍复相材料的烧结,且随着SiC含量的增加,这种阻碍作用将会越来越明显。当衰减剂SiC含量在60~70wt%时,复相材料的频谱特性表现为宽频衰减,且随着SiC含量的增加衰减量也逐渐增加,最大衰减量达到了-1.6dB左右;当衰减剂SiC含量大于70wt%时,复相材料的频谱特性表现仍为宽频衰减,但随着SiC含量的增加衰减量没有明显的变化。当SiC含量在60~75wt%时,随着SiC含量的增加,复相材料的热导率也逐渐增加,SiC含量75wt%时热导率达到了109.68W·m-1·K-1;进一步增加SiC的含量,复相材料的热导率逐渐下降,当SiC含量80wt%时,热导率降到了97.67W·m-1·K-1。当SiC含量从60wt%增加到80wt%时,复相材料的电阻率先略有上升后下降到2Ω·m。另外,在SiC含量60wt%时,烧结温度在1750℃~1900℃之间变化,随着烧结温度的升高,热导率呈逐渐上升的趋势,从42.7W·m-1·K-1增加到80.75W·m-1·K-1。说明温度是影响SiC基复相材料热导率的主要因素。
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