PDF《溶胶 -凝胶法合成堇青石的研究进展》

9 5 0~

10 0 0℃) 获得致密化陶瓷, 同时可显著降低析出温度, 最终获得了介电系数约为

4 ( 1M H z ) , 损耗约为

0 .

0 0 1的低介电系数堇青石材料. 在水解溶胶 - 凝胶工艺中由于醇盐的水解速率不同往往容易产生沉淀.采用非水解溶胶 - 凝胶法, 使 非质子溶液中的前躯体直接缩合, 可以在一定程度上改善醇盐的水解, 避免沉淀的产生.非水解溶胶 - 凝胶 过程[

1 0 -

1 2 ] 包括醇盐与某些元素的卤化物( A l , S i , T i 等) , 或者卤化物和有机含氧化合物之间的反应( 醚、 醛、

1 3 山东科学2011年 酮等) .在反应过程中 O ―R键断裂, 形成氧桥( ―O ―) 和卤代烃.反应如下[

1 0 ] : S i O R +X S i → S i ―O ―S i + R X

2 ( S i X ) +R O R → S i ―O ―S i +

2 R X

2 ( S i X )+ R ′ C O → S i ―O ―S i +R ′ C X

2 2 A l ( O R ″ ) 3+ A l X

3 →2 A l O

3 2+

3 R ″ X

2 A l X 3+

3 2 R O R →A l O

3 2+

3 R X

2 ( X =C l ,B r ,R ′ ,R ″ = i s o p r o p i l ,s e c - o r t e r t b u t y l g r o u p ) I . J a n k o v i c ′ C ˇ a s t v a n 等[

1 3 ] 以金属氯化物和醇的前驱体为原料采用非水解溶胶 - 凝胶法合成了堇青石.在12

0 0~

13 0 0℃的温度区间 μ 堇青石转变成 a 堇青石, 同时伴随着尖晶石和无定形 S i O 2的反应.堇青石材 料的介电常数随着它的烧结温度的变化而变化, 在频率为 1M H z 时, 当温度从

14 0 0℃升高到

14 5 0℃时介 电常数从

3 .

7 8升高到

5 .

1 8 .

2 .

2 元素掺杂对堇青石合成与性能的影响 在氧化物体系中, 堇青石是热膨胀系数较低的晶体, 但其强度、 刚度和硬度均较低, 是堇青石应用中的一 个显著弱点.这些都与堇青石晶体疏松的结构有关, 特别是六元环中的大通道(

0 .

5 6n m ) , 可以使半径较大 的离子、 分子进入, 如K+ 、 N a + 、 C a

2 + 和H2O造成六元环畸变, 另外其它与 M g

2 + 、 A l

3 + 和Si4+尺寸相当的离子 可以将其置换.这种行为可能导致堇青石的热性能、 介电性能和机械性能的改变, 因此通常采用元素掺杂改 善晶体的烧结特性和析晶性能. T .S e i 等[

1 4 ] 以金属醇盐为原料, 研究了硼元素对堇青石烧结性能的影响.旋转核磁共振图谱表明, 在300℃以下硼阻碍了 S i O A l 网状结构的形成, 在700~

8 0 0℃破坏了网状结构, 从而使得玻璃具有良好的均 匀性和流动性, 有利于 α 堇青石在

8 0 0~

8 5 0℃析晶.掺杂适量的 B

2 O 3显著降低了其他方法合成堇青石所 需的一般温度(

12 0 0~

14 5 0℃) .S e nM e i 等[

1 5 ] 用溶胶 - 凝胶法合成堇青石时, 运用 K i s s i n g e r 方程计算了 加入不同含量 P

2 O 5时的活化能, 当掺杂量从

1 .

7 7 %变化到

9 .

7 4 %时, 能量从

1 0 9k J / m o l 变化到7

0 1k J / m o l , 具有一个向高含量非稳定态发展的趋势, 这也证实了随着掺杂量的增加, 活化能增加.研究表明掺杂少量的 P

2 O 5促进了 μ 堇青石转变成 α 堇青石, 而在含量较高时会出现非稳定态的影响.P

2 O

5 在合成堇青石反应 中的作用可以归因于 P

2 O 5晶核、 莫来石与 x M g O-P

2 O

5 ( x =

3 ,2 ,1 ) 基化合物的形成.L u oL i n g h o n g 等[

1 6 ] 研究了溶胶 - 凝胶法制备掺杂 B

2 O 3和P2O5的堇青石的微观结构.S E M和TEM结果表明经过