多孔陶瓷的导电相担载与电磁性能研究

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多孔陶瓷在航空、军事、能源、化工、冶金、环保等许多领域具有重要意义。在多孔陶瓷中担载导电、磁性等功能体,可赋予其新的功能特性,对于探索负介电常数、负磁导率具有重大理论意义,在军用大功率微波管衰减体等结构功能一体化材料领域具有重要应用背景。本文以耐高温、耐老化、化学稳定性优异的氧化铝陶瓷和亚铁磁性的钇铁石榴石陶瓷为载体,利用浸渍法在多孔陶瓷中担载导电相,制备了含导电相的陶瓷基复合材料。通过改变基体类别、导电相种类、组分和微观形貌对负介电常数和负磁导率进行调控。利用XRD、SEM、VSM、HP4991阻抗分析仪对复合材料进行测试分析,结合逾渗现象、等效电路、自由电子模型等理论研究了影响复合材料电磁行为的因素,在特定的频段实现了负介电常数和负磁导率。以多孔氧化铝陶瓷为基体成功制备了Co/Al2O3、C/Al2O3复合材料。在CO/Al2O3复合材料中,随着钴含量的增加,三维金属钴网络逐渐形成并均匀分布在氧化铝陶瓷的孔壁上,在逾渗阈值附近复合材料的电磁性能发生突变。高于逾渗阂值的样品,由于等效电感的出现导致负介电。而负磁导率的产生是由于金属钴网络的涡流共振以及磁共振引起。用化学方法处理CO/Al2O3复合材料,可以使原来颗粒状钴变为低维片状结构,钴网络的破坏使负介电现象消失,说明三维钴网络的形成对负介电和负磁导率是至关重要的;在C/Al2O3复合材料中,蔗糖碳化后在多孔氧化铝孔壁上形成一层碳的膜状结构,随着碳含量的增加膜连续性增强且变厚,从而在高频电磁场下导电通路增多。当碳含量为14 wt%时,由于等离子体共振介电常数全部为负值,磁导率表现出抗磁性。以多孔钇铁石榴石陶瓷为基体成功制备了Co/YIG、C/YIG复合材料。在CoA/YIG中,随着钴含量的增加,钴由颗粒状逐渐连接为三维网络状均匀分布在YIG孔壁上。钴含量为35 wt%时,CoA/YIG复合材料在575 M-1G频段内出现双负性质。其负介电出现机理与Co/Al2O3类似,而负磁导率是由于基体的畴壁共振、磁旋共振等以及三维导电网络的涡流共振引起的;对于C/YIG复合材料,碳化后YIG孔壁上的碳主要有颗粒状和不规则片层状两种形貌。随着碳含量的增加,复合材料导电性增强,负介电出现并且表现出抗磁性。
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