硅酸锂粉体的合成、材料烧结与介电性能研究

作     者：杨爱霞 

作者单位：华东理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李蔚

授予年度：2012年

学科分类：07[理学] 08[工学] 070205[理学-凝聚态物理] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0702[理学-物理学] 

主      题：Li2SiO3 粉体合成 低温烧结 Ca-Li-Si 介电性能 

摘      要：硅酸锂材料具有良好的氚溶解性、稳定的物理化学性能、以及机械稳定性等,因此近年来受到了越来越多的关注。本论文围绕硅酸锂粉体的合成进行了探索,并对Li2SiO3材料和Ca-Li-Si复合材料的低温烧结行为及介电性能进行了研究。 首先,采用固相法合成了Li2SiO3粉体,研究结果表明：利用Li2CO3和SiO2为原料,经800℃/4h煅烧可获得纯Li2SiO3粉体。对Li2SiO3和Ca-Li-Si两种材料的研究结果表明：添加适当的助剂,两种材料都可以在800℃左右烧结,并都具有优良的介电性能。其中,当加入1%B2O3+2%MgO时,Li2SiO3在800℃下密度可达2.46g/cm3,介电性能为ε=6.47, tanδ=5.07×10-4(2MHz);当CaSiO3和Li2SiO3的按质量比为2：1复合时,加入1%B2O3+1%MgO, Ca-Li-Si复合材料在800℃下密度可达到2.64g/cm3,介电性能为ε=7.1, tanδ=7.86×10-4(2MHz)。 其次,用水热法合成Li2SiO3粉体,研究结果显示：以TEOS为硅源,100℃下水热可以得到粒径为100-200nm的Li2SiO3粉体,粉体具有很好的热稳定性;升高反应温度、延长水热时间、增大pH值(13.7)等都利于Li2SiO3粉体的合成。 最后,以LiOH·H2O和TEOS为原料,采用机械球磨法在低温下合成了Li2SiO3粉体,研究结果显示：当LiOH·H2O浓度为5.00M时,在20℃下球磨120h可获得粒径约为100nm、热稳定性好的Li2SiO3粉体。通过添加适量的B2O3或ZnO助剂,这种纳米Li2SiO3粉体可以在800-900℃的低温下烧结,所得材料的介电常数与固相法合成粉体烧结的Li2SiO3相比偏低。通过添加适量的ZnO助剂,以这种纳米Li2SiO3粉体为原料的Ca-Li-Si复合材料同样可在800-900℃的低温下烧结。这种低温烧结的Ca-Li-Si复合材料具有很低的介电常数(最低为1.47),有可能成为一种有发展前途的超低介材料。