[01832420]低温烧结岩盐结构陶瓷的致密化研究以及微结构调控与微波介电性能探索

成果来源于广西自然科学基金面上项目“低温烧结岩盐结构陶瓷的致密化研究以及微结构调控与微波介电性能探索”(编号：2016GXNSFAA380018；执行时间：2016年9月-2019年8月)。可低温烧结的低损耗微波介质陶瓷材料，在微波毫米波通信系统中具有广泛的应用前景，是近年微波介质陶瓷研究领域中的一个热点方向。岩盐结构化合物结构简单，烧结温度低，且微波介电性能优异，是一种极具科研价值和潜在应用价值的材料体系。但是，在岩盐结构中，原子排列有序性和晶格基元振动等微结构特征与微波介电性能的物性关系以及微波介电性能三参数之间的相互协调机制问题尚未研究清楚，而且，由于相变和易挥发物质的挥发，岩盐结构陶瓷的致密化困难。 该项目针对岩盐结构陶瓷致密化这一主题，凝练出两个关键科学问题：(1)如何控制非化学计量比的掺入量或SPS/HP加压烧结的工艺参数(升温速率、保温时间、降温速率)和后期热处理工艺参数等，有效控制易挥发物质的高温挥发，并制备高纯度高致密化的岩盐结构A+4B6+O5陶瓷；(2)如何精确表征晶粒尺寸、晶粒取向、原子排列的有序性和晶格基元振动等微结构特征与微波介电性能的物性关联，实现微波介电性能三参数之间的相互协调。围绕这两个关键问题，该项目研究目的：(1)揭示岩盐结构陶瓷的微结构特征(晶体结构和显微结构)与微波介电性能的物性关联规律；(2)制备高纯度、高致密化的岩盐结构陶瓷，丰富低温共烧微波介质陶瓷的种类，研制出一类微波介电性能三参数相互协调的新型低温共烧微波介质陶瓷。相关研究有助于丰富岩盐结构化合物的物性认知与微波介质材料体系的种类，具有重要的学术意义和社会价值。 研究进展及主要创新点是：(1)通过非化学计量比掺杂和SPS/HP加压烧结提高岩盐A+4B6+O5陶瓷的致密化，并通过调节实验参数控制晶粒尺寸，晶粒取向和致密度等，调节A+4B6+O5陶瓷的微结构，研究其微结构与微波介电性能之间的物性关联规律；(2)在掌握微结构与微波介电性能之间的物性关联规律的基础上，通过控制微结构，实现岩盐A+4B6+O5陶瓷的微波介电性能三参数的相互协调。 在该项目资助期内，项目组及时整理有关学术理论成果并发表到权威学术期刊，发表相关SCI论文8篇(一区5篇，三区3篇)，申请国家发明专利3项，培养研究生3人，本科生4人。相关研究揭示了岩盐结构材料的致密度，第二相、氧八面体中原子排列有序度与晶格基元振动等微结构特征对岩盐陶瓷微波介电性能的影响规律，掌握了微波介电性能三参数相互协调的工艺机制；丰富了低温共烧陶瓷的种类，获得了一系列高致密化的低介低损耗岩盐结构微波介质陶瓷材料，对推动微波毫米波通信系统发展具有重要的科学意义。