【摘要】：多孔陶瓷在航空、軍事、能源、化工、冶金、環(huán)保等許多領(lǐng)域具有重要意義。在多孔陶瓷中擔(dān)載導(dǎo)電、磁性等功能體,可賦予其新的功能特性,對于探索負(fù)介電常數(shù)、負(fù)磁導(dǎo)率具有重大理論意義,在軍用大功率微波管衰減體等結(jié)構(gòu)功能一體化材料領(lǐng)域具有重要應(yīng)用背景。本文以耐高溫、耐老化、化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)異的氧化鋁陶瓷和亞鐵磁性的釔鐵石榴石陶瓷為載體,利用浸漬法在多孔陶瓷中擔(dān)載導(dǎo)電相,制備了含導(dǎo)電相的陶瓷基復(fù)合材料。通過改變基體類別、導(dǎo)電相種類、組分和微觀形貌對負(fù)介電常數(shù)和負(fù)磁導(dǎo)率進(jìn)行調(diào)控。利用XRD、SEM、VSM、HP4991阻抗分析儀對復(fù)合材料進(jìn)行測試分析,結(jié)合逾滲現(xiàn)象、等效電路、自由電子模型等理論研究了影響復(fù)合材料電磁行為的因素,在特定的頻段實(shí)現(xiàn)了負(fù)介電常數(shù)和負(fù)磁導(dǎo)率。以多孔氧化鋁陶瓷為基體成功制備了Co/Al2O3、C/Al2O3復(fù)合材料。在CO/Al2O3復(fù)合材料中,隨著鈷含量的增加,三維金屬鈷網(wǎng)絡(luò)逐漸形成并均勻分布在氧化鋁陶瓷的孔壁上,在逾滲閾值附近復(fù)合材料的電磁性能發(fā)生突變。高于逾滲閡值的樣品,由于等效電感的出現(xiàn)導(dǎo)致負(fù)介電。而負(fù)磁導(dǎo)率的產(chǎn)生是由于金屬鈷網(wǎng)絡(luò)的渦流共振以及磁共振引起。用化學(xué)方法處理CO/Al2O3復(fù)合材料,可以使原來顆粒狀鈷變?yōu)榈途S片狀結(jié)構(gòu),鈷網(wǎng)絡(luò)的破壞使負(fù)介電現(xiàn)象消失,說明三維鈷網(wǎng)絡(luò)的形成對負(fù)介電和負(fù)磁導(dǎo)率是至關(guān)重要的；在C/Al2O3復(fù)合材料中,蔗糖碳化后在多孔氧化鋁孔壁上形成一層碳的膜狀結(jié)構(gòu),隨著碳含量的增加膜連續(xù)性增強(qiáng)且變厚,從而在高頻電磁場下導(dǎo)電通路增多。當(dāng)碳含量為14 wt%時(shí),由于等離子體共振介電常數(shù)全部為負(fù)值,磁導(dǎo)率表現(xiàn)出抗磁性。以多孔釔鐵石榴石陶瓷為基體成功制備了Co/YIG、C/YIG復(fù)合材料。在CoA/YIG中,隨著鈷含量的增加,鈷由顆粒狀逐漸連接為三維網(wǎng)絡(luò)狀均勻分布在YIG孔壁上。鈷含量為35 wt%時(shí),CoA/YIG復(fù)合材料在575 M-1G頻段內(nèi)出現(xiàn)雙負(fù)性質(zhì)。其負(fù)介電出現(xiàn)機(jī)理與Co/Al2O3類似,而負(fù)磁導(dǎo)率是由于基體的疇壁共振、磁旋共振等以及三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的渦流共振引起的；對于C/YIG復(fù)合材料,碳化后YIG孔壁上的碳主要有顆粒狀和不規(guī)則片層狀兩種形貌。隨著碳含量的增加,復(fù)合材料導(dǎo)電性增強(qiáng),負(fù)介電出現(xiàn)并且表現(xiàn)出抗磁性。
[Abstract]:Porous ceramics are of great significance in aviation, military, energy, chemical, metallurgical, environmental protection and many other fields. It is of great theoretical significance to study the negative permittivity and permeability of porous ceramics by adding new functional properties such as conductive, magnetic and other functional materials to porous ceramics. It has an important application background in the field of structural and functional integrated materials such as high power microwave tube attenuators. In this paper, ceramic matrix composites containing conductive phase were prepared by impregnation method on the carrier of alumina ceramics with high temperature, aging resistance and chemical stability and yttrium iron garnet ceramics with ferromagnetic properties. The negative permittivity and permeability are regulated by changing the type of matrix, the type of conductive phase, the composition and the microscopic morphology. The XRD,SEM,VSM,HP4991 impedance analyzer was used to test and analyze the composite materials. The factors influencing the electromagnetic behavior of the composites were studied by combining the percolation phenomenon, equivalent circuit and free electron model. Negative permittivity and negative permeability are realized in specific frequency band. Co/Al2O3,C/Al2O3 composites were successfully prepared by using porous alumina ceramics as substrate. In CO/Al2O3 composites, with the increase of cobalt content, the three-dimensional metallic cobalt network is gradually formed and uniformly distributed on the pore wall of alumina ceramics, and the electromagnetic properties of the composites have a sudden change near the percolation threshold. When the percolation threshold is higher than the percolation threshold, the negative dielectric is caused by the appearance of equivalent inductance. The negative permeability is caused by eddy current resonance of cobalt metal network and magnetic resonance. The chemical treatment of CO/Al2O3 composites can make the original granular cobalt become low-dimensional flake structure, and the destruction of cobalt network can make the negative dielectric phenomenon disappear, which indicates that the formation of three-dimensional cobalt network is very important to negative dielectric and negative permeability. In C/Al2O3 composites, a layer of carbon film structure was formed on the porous alumina pore wall after sucrose carbonization. With the increase of carbon content, the continuity and thickness of the film became stronger and thicker, resulting in the increase of conductive pathways in high frequency electromagnetic field. When the carbon content is 14 wt%, the permeability is diamagnetic because the plasmon resonance permittivity is negative. Co/YIG,C/YIG composites were successfully prepared from porous yttrium iron garnet ceramics. In CoA/YIG, with the increase of cobalt content, cobalt is gradually connected from granular to three-dimensional network to distribute uniformly on the wall of YIG pore. When the cobalt content is 35 wt%, the CoA / YIG composite exhibits double negative properties in the 575M-1G band. The negative permittivity is similar to that of Co/Al2O3, and the negative permeability is caused by domain wall resonance of matrix, magnetic spin resonance and eddy current resonance of three-dimensional conductive network. After carbonization, there are two kinds of carbon on the wall of YIG pore: granular and irregular lamellar. With the increase of carbon content, the conductivity of composites increases, negative dielectric appears and shows diamagnetism.
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ174.1

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本文編號：2204168