氮化鋁基復(fù)相微波衰減材料的研究.pdf_第1頁
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1、行波管是一種重要的微波功放器件,具有功率大、增益高、頻帶寬和壽命長等特點(diǎn),有著半導(dǎo)體器件無可比擬的優(yōu)越性,廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星通訊、雷達(dá)等重點(diǎn)工程。耦合腔行波管是大功率行波管中重要的一類。由于耦合腔行波管結(jié)構(gòu)特點(diǎn),很容易產(chǎn)生振蕩,從而破壞行波管的工作穩(wěn)定性,因此,研究用于抑制各種振蕩的微波衰減材料意義重大。
   本文綜述了微波衰減材料的種類及研究現(xiàn)狀,制定了熱壓制備AlN基復(fù)相材料的工藝路線。通過XRD和SEM對(duì)材料的物相和顯微結(jié)構(gòu)

2、進(jìn)行表征。對(duì)合成的AlN-FiC、AlN-TiB2和.AlN-SiC三個(gè)復(fù)相材料體系,系統(tǒng)地研究了組分和工藝參數(shù)對(duì)燒結(jié)性能、顯微結(jié)構(gòu)、導(dǎo)熱性能和微波衰減性能的影響規(guī)律。
   在AlN-TiC復(fù)相材料體系中,以Y2O3作燒結(jié)助劑,采用熱壓燒結(jié)工藝、氮?dú)鈿夥障轮苽淞艘幌盗胁煌琓iC含量的復(fù)相材料。結(jié)果表明,在氮?dú)鈿夥铡?0MPa壓力、1900℃、保溫1h的工藝條件下,復(fù)相材料由AlN和TiC兩主晶相構(gòu)成,相對(duì)密度在99%以上,達(dá)到

3、了很高的致密性。當(dāng)不加衰減劑TiC時(shí),材料幾乎沒有衰減性能;當(dāng)TiC含量低于10wt%時(shí),材料呈現(xiàn)選頻衰減且衰減量非常的小;當(dāng)TiC含量在25wt%~50wt%之間時(shí),材料呈現(xiàn)良好的多點(diǎn)選頻衰減,且隨著TiC含量的增加,材料的衰減量增加,中心諧振頻率向高頻方向移動(dòng),最大達(dá)-18dB。隨著TiC含量的增加,AlN-TiC復(fù)相材料的熱導(dǎo)率下降,當(dāng)TiC含量增至50、wt%時(shí),熱導(dǎo)率只有46.6W·m-1·K-1。另外,當(dāng)TiC含量10wt%

4、時(shí),燒結(jié)溫度為1800℃~1950℃,隨著燒結(jié)溫度的升高,熱導(dǎo)率呈逐漸上升的趨勢(shì),熱導(dǎo)率從59.8W.m-1·K-1增加到83.6W·m-1·K-1。這說明TiC含量和燒結(jié)溫度是影響AlN-TiC復(fù)相材料熱導(dǎo)率的重要因素。
   在AlN-TiB2復(fù)相材料體系中,以Y2O3作燒結(jié)助劑,采用熱壓燒結(jié)工藝、氬氣氣氛下制備了一系列不同TiB2含量的復(fù)相材料。結(jié)果表明:在氬氣氣氛、30MPa壓力、1900℃、保溫1h的工藝條件下,復(fù)相材

5、料由主晶相AlN和TiB2,次晶相BN和TiN四相構(gòu)成。除了物相組成之外,AlN-TiB2復(fù)相材料體系與.AlN-TiC復(fù)相材料體系在燒結(jié)性能、微波衰減性能以及導(dǎo)熱性能方面規(guī)律基本相同。
   在AlN-SiC復(fù)相材料體系中,以TiO2和Y2O3作燒結(jié)助劑,采用熱壓燒結(jié)工藝、氮?dú)夥障轮苽淞艘幌盗胁煌琒iC含量的復(fù)相材料。當(dāng)SiC的含量在0~70wt%之間時(shí),復(fù)相材料都可以達(dá)到很高的致密性,相對(duì)密度達(dá)到了99%以上;當(dāng)SiC的含量

6、達(dá)到了70wt%以上,SiC的加入將會(huì)阻礙復(fù)相材料的燒結(jié),且隨著SiC含量的增加,這種阻礙作用將會(huì)越來越明顯。AlN-SiC復(fù)相材料在熱壓燒結(jié)的過程中新生成了兩相Y3Al5O12和TiC,復(fù)相材料由主晶相AlN和SiC、次晶相Y3Al5O12和TiC構(gòu)成。當(dāng)衰減劑SiC含量小于40wt%時(shí),復(fù)相材料的頻譜特性表現(xiàn)為選頻衰減且衰減量比較?。划?dāng)衰減劑SiC含量在40~70wt%時(shí),復(fù)相材料的頻譜特性表現(xiàn)為寬頻衰減,且隨著SiC含量的增加衰減

7、量也逐漸增加,最大衰減量達(dá)到了-2.3dB左右;當(dāng)衰減劑SiC含量大于70wt%時(shí),復(fù)相材料的頻譜特性表現(xiàn)仍為寬頻衰減,但隨著SiC含量的增加衰減量沒有明顯的變化。當(dāng)SiC含量在20~75wt%時(shí),隨著SiC含量的增加,復(fù)相材料的熱導(dǎo)率也逐漸增加,SiC含量75wt%時(shí)熱導(dǎo)率達(dá)到了88.9W·m-1·K-1;進(jìn)一步增加SiC的含量,復(fù)相材料的熱導(dǎo)率逐漸下降,當(dāng)SiC含量80wt%時(shí),熱導(dǎo)率降到了42.7W·m-1·K-1。另外,當(dāng)SiC

8、含量20wt%時(shí),燒結(jié)溫度為1800℃~1950℃,隨著燒結(jié)溫度的升高,熱導(dǎo)率呈逐漸上升的趨勢(shì),從42.2W·m-1·K-1增加到68.4W·m-1·K-1。這說明SiC含量和燒結(jié)溫度是影響AlN-SiC復(fù)相材料熱導(dǎo)率的重要因素。添加劑TiO2或TiC含量對(duì)高含量SiC復(fù)相材料的燒結(jié)性能會(huì)產(chǎn)生較明顯的影響,隨著TiO2或TiC含量的增加對(duì)復(fù)相材料的燒結(jié)起到促進(jìn)作用,當(dāng)TiO2含量大于8wt%或TiC含量大于6wt%時(shí)將無促進(jìn)作用;但Ti

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