motio2金属陶瓷微波吸收材料的制备与性能研究

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1、五、难熔金属及合金379Mo／Ti02金属陶瓷微波吸收材料的制备与性能研究俞雨程继贵①梁槟星(合肥工业大学材料科学与工程学院合肥230009)摘要以Mo、Ti02粉末为原料，通过模压成形、烧结工艺制备出了含不同质量分数Mo的Mo／Ti02金属陶瓷复合材料烧结体，对烧结体的微观组织和性能进行了测试分析，并采用矢量网络分析仪对其反射衰减率进行了测量。实验结果表明：Mo／TiO：压坯在氢气、氩气混合气氛中于1350。C下烧结，可以得到相对密度高于95％的Mo／Ti02金属陶瓷复合材料。Mo含量对Mo／TiO，金属陶瓷的抗弯强度与断裂韧性有明显的影响，舍30％Mo的金属陶瓷材料具有

2、最大抗弯强度和断裂韧性，其值分别为238．5MPa和2．23MPa·m”2。Mo的加入可以有效提高Mo／Ti02试样的微波吸收性能。不同组成的Mo／TiO：试样在在19—20GHz频率附近呈现较宽的吸收频段，当Mo含量为40wt％时，最大反射衰减量可达19dB。此外。Mo／TiO，金属陶瓷表现出较强的选频吸收特性。关键词Mo／TiO：金属陶瓷；微波吸收材料；力学性能；衰减反射量1前言微波吸收材料是微波电真空器件中不可缺少的关键材料之一，可用于行波管、速调管和磁控管内的不同部位，发展宽频带、抑制震荡以及消除其他非设计模式的功能，并提高电真空器件的工作稳定性⋯。对于许多微波电真

3、空器件，微波吸收材料将产生切断、去耦、抑制带边振荡和高次或寄生模式能及消除其他非设计模式等作用，其性能的优劣直接影响到系统的功率、寿命、稳定性和可靠性。目前大功率微波电真空器件(如行波管等)多采用高导热型吸波材料，主要包括BeO复合衰减瓷、SiC基材料、渗碳多孔陶瓷以及新型金属陶瓷等旧-。金属陶瓷吸波材料由用作衰减剂的金属相和介质或半导体陶瓷基体复合而成，具有耐高温、韧性好、强度高、导热性好及易于金属化和焊接等优点，在大功率衰减器件、微波吸收器件及武器高散射高温部位中得到了越来越广泛的应用心】。目前，金属陶瓷吸收材料中的金属成分较多地采用W，陶瓷基体除采用AI：O，外，也有

4、用蓝宝石、石英、BN、BeO，以及近几年研究较多的AIN基金属陶瓷H1。BeO由于有毒性，其应用在很大程度上受到限制pJ。而A1N基陶瓷较难烧结，为了提高烧结体的致密度以达到优异的性能，一般需采用热压，从而导致其制备成本较高HJ。另外，在金属陶瓷吸波材料中，若采用w作为金属相，因其密度大，常给成形料的均匀混合带来一定困难，比较而言，金属Mo具有良好的导热、导电性能，同时因其密度较低，更易与基体混合均匀，因而作为金属陶瓷吸波材料的金属相也受到了重视。目前，TiO：在大功率磁控管的衰减陶瓷中已获得了较为广泛的应用，但由于其导电机理主要依靠缺陷产生的自由电子，因此稳定性较差，不易

5、受控，且制备要求较高∞’61。本文尝试通过加入金属相Mo来增强TiO：基体，并改进其吸波性能，通过冷压烧结法制备出了Mo／TiO：金属陶瓷吸波材料，并对其组织、性能等进行测试分析，以探索获得新型高性能金属陶瓷吸波材料的新途径。①基金来源：国家特种显示工程中心资金项目(042301D2)通讯作者：程继贵(1963一)，男。合肥工业大学材料学院教授、副院长．主要研究方向为粉末冶金及新型无机功能材料．E—mail：jgchen963@sins．eom，Tel：0551—29017932009全国粉末冶金学术会议2实验方法2．1试样制备实验采用的TiO：和金属Mo粉的平均粒度分别为

6、1．82斗m和3．58vLm，两种粉末按计量比与石蜡成形剂一起，以氧化锆球作磨球，无水乙醇作研磨介质，在球磨机上湿磨混合24h，后，再经干燥、造粒，获得成形混合料，随后以100MPa压力在钢模中压制成形，得到的Mo／TiO：压坯在管式炉中，以50％H：+50％Ar为保护气氛、于1350。C下烧结4h，最终获得了Mo／Ti02金属陶瓷烧结体试样。2．2性能测试采用排水法对Mo／TiO：烧结体试样的密度进行了测定，并计算其相对密度。采用DCS一5000型万能材料试验机对不同成分Mo／TiO：试样的抗弯强度和断裂韧性强度进行了测定；采用Sirion200型扫描电镜对试样的微观组织

7、进行了观察，并用其附带的能谱仪(EDS)对试样的成分分布进行了测定；采用Agilent8722ET矢量网络分析仪测定了不同试样在不同频率下的反射衰减率来表征微波吸收性能。3结果与讨论3．1M0／Tio：金属陶瓷压坯的烧结致密化表1列出了不同Mo：含量的Mo／TiO：金属陶瓷烧结体的密度和相对密度测定值。微波吸收材料必须有高的致密度以保证其真空性能、高的导热率，从而能把吸收电磁波产生的热量及时传输出去，保证材料在真空环境下长期稳定地工作。烧结体的相对密度既可以表征材料的烧结性能，同时也反映了材料在真空下的气密性。相对