SrTiO3掺杂改性及其吸波性能研究

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随着科学技术的不断发展,吸波材料在武器装备领域越来越受重视。传统吸波材料,如铁氧体、含碳材料、金属微粉等,虽具有吸收频带宽、吸收能力强等优点,但抗氧化性差、厚度大等劣势限制了其在高温环境长时间使用。因此,研究新型厚度小、抗氧化的吸波材料势在必行。SrTiO3陶瓷广泛应用于电子陶瓷领域,主要由于其具有典型的ABO3钙钛矿结构,并且介电常数高、热稳定性好等。有研究表明,通过稀土元素掺杂取代A位或B位离子可以调节SrTiO3的介电性能,有利于提高其阻抗匹配性能。因此,本文采用真空热压烧结法制备合成30%Al2O3-Sr1-xRexTiO3陶瓷,系统地研究了不同稀土掺杂元素、掺杂含量对30%Al2O3-Sr1-xRexTiO3陶瓷的相组成、微观形貌、元素分布、电导率和X波段(8.2~12.4 GHz)范围的电磁特性及吸波性能的影响。本文的主要工作及结论如下:(1)采用固相反应法制备了Sr1-xErxTiO3前驱体,加入Al2O3陶瓷基体后热压烧结,制备出致密度很高的30%Al2O3-Sr1-xErxTiO3陶瓷样品。研究不同Er3+离子掺杂含量对陶瓷性能的影响规律。掺杂含量为0.1时,该种陶瓷具有一定的吸波能力,陶瓷的厚度为0.412mm时,反射率低于-5 d B的吸收频带宽度为4.1 GHz(8.2~12.3 GHz),有成为吸波材料的潜能。(2)采用掺杂改性的的方法对SrTiO3陶瓷进行A位取代,研究不同Ce3+离子掺杂含量对30%Al2O3-Sr1-xRexTiO3陶瓷的吸波性能等影响规律。热压烧结的陶瓷的致密度很高。结合XRD和元素分布显示,Ce3+离子成功进入SrTiO3晶体内部。当掺杂含量为0.2时,陶瓷样品低于-10 d B的吸收频带宽度达1.4 GHz(11.0~12.4 GHz),此时材料的厚度为0.84mm,说明陶瓷具有较好的吸波性能。(3)当掺杂元素为Gd元素时,研究不同掺杂含量对30%Al2O3-Sr1-xRex TiO3陶瓷的介电参数和吸波性能等影响。根据对相成分和能谱分析,Gd元素进入了SrTiO3晶体内部。随着掺杂含量的增加,电导率呈现出先增加后减小的趋势。当Gd3+离子掺杂含量为0.1时,反射率的最低值在10.59 GHz处达到了-49.7 d B,此时陶瓷样品的厚度为0.336 mm;当掺杂含量为0.2时,低于-10 d B的吸收频带宽度涵盖整个X波段(8.2~12.4 GHz),宽度达4.2 GHz,陶瓷样品的厚度为0.341 mm。30%Al2O3-Sr1-xGdxTiO3陶瓷具有非常优秀的吸波能力,有工程应用的潜能。
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