稀土掺杂PLZT透明陶瓷的研究进展

锆钛酸铅镧(PLZT)透明陶瓷因具有电光系数大,声子能量低等优点受到广泛关注.总结了当前稀土掺杂PLZT透明陶瓷的制备方法、光学性能与应用领域,并对其研究方向和应用前景进行了展望.     

透明尖晶石陶瓷的研究进展

透明尖晶石陶瓷材料由于具有陶瓷的耐高温、耐腐蚀、耐磨损、抗冲击、高硬度、高强度、良好的电绝缘性能特点,而且还具有白宝石单晶体相近的光学性能,在紫外、可见光、红外光波段具有良好的光学透过率,使其在透明装甲、窗口和头罩材料的应用受到重视。本文综合国内外的一些研究成果,简要介绍了透明尖晶石陶瓷的性能、研制生产和应用开发情况。     

掺钕钇铝石榴石激光透明陶瓷的研究进展

本文综述了掺钕钇铝石榴石(Nd∶Y3Al5O12,简称Nd∶YAG)激光透明陶瓷粉料以及陶瓷的制备方法,对影响Nd∶YAG透明陶瓷激光性能的主要因素进行了分析,并对Nd∶YAG激光透明陶瓷的未来发展趋势进行了展望。     

碳酸盐共沉淀法制备Er:YAG透明激光陶瓷粉体

本文用碳酸盐共沉淀法制备出性能良好的透明Er:YAG陶瓷粉体,并应用DTA-TG、XRD、SEM、红外光谱等测试手段分析其粉体结构和形貌.结果表明在1000℃煅烧过程中,失重约45;,所得到的Er:YAG粉末结晶性能良好,粒度在150～200nm之间.而且经烧结后的陶瓷断面气孔率低,多晶晶粒尺寸在1～2μn之间.1700℃烧结后得到透光度良好的陶瓷体.     

镁铝尖晶石透明陶瓷的研究进展

镁铝尖晶石(MgAl₂O₄)作为先进的透明陶瓷材料，具有透过波段宽、透过率高、各向同性，高熔点、高硬度、高强度、高电阻率、高热导率、高抗热震，耐腐蚀和耐高温等优异性能，可广泛应用于红外制导窗口、高马赫航空器的整流罩、透明装甲和极端环境下的光电设备窗口等关系国防安全与高性能关键设备领域。本文简要介绍了镁铝尖晶石透明陶瓷的基本性能和国内外研制情况，重点介绍中材人工晶体研究院有限公司三十余年在镁铝尖晶石高纯粉体合成、镁铝尖晶石透明陶瓷成型烧结工艺和性能研究及应用开发方面所做工作，分析了材料研制中遇到的困难与在应用开发过程中面临的竞争和挑战，思考材料的研究方向、方法，并对其应用和发展予以展望。     

Ce∶YAG透明陶瓷的制备和光学性能

采用固相反应法结合真空烧结技术制备了不同Ce3掺杂浓度的Ce∶YAG透明陶瓷,通过扫描电子显微镜(带能谱仪)、分光光度计和荧光光谱等系统研究了陶瓷的显微结构和光学性能.结果表明,所制得的透明陶瓷样品离子掺杂均匀、致密度高,透光性较好,可见光范围直线透过率高达80.0;,样品在460 nm蓝光激发下可以发射中心波长为530 nm的宽带黄绿光,随着掺杂浓度的增加,发射峰发生红移,并出现了明显的浓度猝灭现象.所制备的透明陶瓷样品光学质量优异,是一种能够替代Ce∶YAG荧光粉体的新型荧光材料.     

(Gd0.95-xLuxEu0.05)2O3纳米粉体合成、透明陶瓷的制备及其荧光性能研究

以稀土硝酸盐和NH4HCO3作为原料,采用共沉淀法合成用于制备Eu掺杂Lu2O3-Gd2O3固溶体透明陶瓷的一系列(Gd0.95-xLuxEu0.05)2O3(x=0~0.95)纳米粉体,并利用XRD、SEM、TEM、BET和TMA手段对合成粉体的性能进行表征.结果表明,经800 ℃煅烧后的粉体均为立方相的(Gd0.95-xLuxEu0.05)2O3,粉体颗粒细小,呈近球形,且颗粒尺寸分布较均匀.将合成的一系列纳米粉体压制成型,于1700 ℃真空烧结24 h得到了透明性良好的(Gd0.45Lu0.5Eu0.05)2O3和(Lu0.95Eu0.05)2O3透明陶瓷,其在可见光区的最高直线透过率分别为53.5;和62.3;.在254 nm激发下,透明陶瓷在612 nm处均呈现出很强的Eu3+的红光发射.(Gd0.45Lu0.5Eu0.05)2O3透明陶瓷中由于存在Gd3+向Eu3+的有效地能量传递,其发光强度是(Lu0.95Eu0.05)2O3透明陶瓷的1.7倍.     

Nd3+∶ZnO-B2O3-Al2O3-SiO2系透明玻璃陶瓷的制备及表征

制备了Nd3+∶ZnO-B2O3-Al2O3-SiO2系透明玻璃陶瓷.运用差热分析(DTA)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、NV-Vis-Nir(紫外可见近红外分光光度计)、傅里叶变换荧光光谱等测试方法,研究了晶核剂的含量对Nd3∶ZnO-B2O3-Al2O3-SiO2系透明玻璃陶瓷的核化和晶化性能的影响.利用修正的Kissinger方程研究了晶核剂对玻璃析晶动力学参数,析晶活化能E和析晶动力学判据k(Tp),利用Augis-Bennett方程计算出Avrami参数n.并分析其显微形貌同光透过率的关系,对光学性能进行了研究.     

玻璃晶化法制备氧化物透明陶瓷研究进展

透明陶瓷是一种具有广阔应用前景的无机非金属材料，但以粉末烧结为主的传统制备策略存在依赖高质量原料粉体、需要长时间高温处理、设备和工艺复杂、生产成本高等技术限制。玻璃晶化法是通过调控晶化过程实现玻璃全部结晶并且获得透明陶瓷的新方法，因其可以克服与传统透明陶瓷加工相关的技术困难，并在合成高致密度、无气孔、非立方相、纳米结构透明陶瓷等方面具有独特的优势，而受到人们的广泛关注。本文首先从玻璃晶化法制备氧化物透明陶瓷的工艺方法和组分体系两方面入手，详细概述了该方法的发展历程和研究现状。接着，指出了目前研究中存在的问题，并对其未来发展前景进行了展望，以期该方法能够广泛应用于制备下一代高性能透明陶瓷材料。     

柠檬酸盐法制备(Na0.5 Bi0.5)1-xBaxTiO3压电陶瓷的极化特性研究

采用柠檬酸盐法合成了具有单一钙钛矿结构的(Nao5Bio5)1-xBaxTiO3(x=0,x=0.04)超细粉料,并研究了陶瓷样品的极化特性、压电性能和铁电性能.研究结果表明,柠檬酸与金属离子的摩尔比(C/M)控制在1.2～1.6、前驱体液的pH值控制在7～9范围内可以得到均匀透明的溶胶和凝胶,凝胶在600℃下热处理1h后可形成单一钙钛矿结构的超细粉料.XRD研究结果表明,x=0和x=0.04时陶瓷样品均为三方钙钛矿结构.极化电压和极化温度对陶瓷样品的压电性能有很大影响,而极化时间对压电性能的影响则不显著.Ba2+的固溶改善了陶瓷样品的铁电性能,有利于材料极化性能和压电性能的提高.与常规固相法制备的同种组成样品相比,柠檬酸盐法制备的(Nao5Bi0.5)1-xBaxTiO3(x=0,x=0.04)陶瓷具有较好的压电性能.     

自增韧和增强的镁铝尖晶石透明陶瓷

用化学配比n为1.0,1.3,1.5和1.8的MgO·nAl2O3粉体分别制备出了镁铝尖晶石透明陶瓷MA1.0,MA1.3,MA1.5和MA1.8.这些陶瓷是通过真空烧结和热等静压两步烧结方法制得的.由于第二相物质氧化铝晶粒的析出,陶瓷相对密度随着化学配比的增高而降低.然而,与化学配比陶瓷相比,这些非化学配比陶瓷表现出了较高的机械性能,陶瓷断面的扫描电镜照片显示非化学配比陶瓷多为穿晶断裂模式,这种断裂模式对陶瓷的强韧化作出了主要贡献.     

Fe2O3掺杂(Ba0.7Ca0.3)TiO3-Ba(Zr0.2Ti0.8)O3无铅压电陶瓷的制备与性能

采用固相合成法制备了Fe2O3掺杂(Ba0.7Ca0.3)TiO3-Ba(Zr0.2Ti0.8)O3(简称BCZT)无铅压电陶瓷。借助XRD、SEM、阻抗分析仪等对该陶瓷的相组成、显微结构以及压电和介电性能进行了研究。结果表明,Fe2O3掺杂降低了BCZT无铅压电陶瓷的烧结温度并使居里温度Tc从85℃提高到95℃;当Fe2O3掺杂为0.02wt%～0.1wt%时,陶瓷样品均为ABO3型钙钛矿结构;少量Fe2O3掺杂促进了陶瓷晶粒的生长,但随着Fe2O3掺杂量进一步增加,陶瓷晶粒随之细化;当Fe2O3掺杂量为0.04wt%时,陶瓷样品具有最优综合电性能,其压电常数d33、机电耦合系数kp、机械品质因数Qm、介电损耗tanδ和介电常数εr分别为400 pC/N,0.40,51,0.023和3482。     

(Gd,Lu)3Al5O12∶Tb3+,Eu3+透明陶瓷制备与发光性能

通过简单的化学沉淀法制备了纳米前驱体,结合真空烧结工艺,制备了一系列镥稳定钆铝石榴石{(Gd, Lu)₃Al₅O₁₂∶Tb,Eu}透明陶瓷。将透明陶瓷加工成1 mm厚的圆片,对透明陶瓷样品进行了X射线衍射、光致发光、透过率和衰减时间等表征。高温烧结过后,陶瓷样品仍保持稳定的石榴石相。选定313 nm作为透明陶瓷的激发波长,可获得最强的荧光发射。此外,通过对不同样品进行紫外可见荧光测试,获得了由绿光到红光的可调节发射。在313 nm激发,543 nm和591 nm的监测波长下,透明陶瓷样品均具有Eu³⁺的毫秒级衰减时间。     

La2O3掺杂对BaTiO3-Nb2O5-Fe2O3陶瓷的晶体结构和介电性能的影响

研究了La2O3 掺杂对BaTiO3-Nb2O5-Fe2O3(BTNF)基陶瓷的晶体结构和介电性能的影响.XRD分析表明:La2O3掺杂陶瓷的(200)和(002)晶面衍射峰都发生了明显分裂,说明陶瓷均以四方相为主晶相.随着La2O3含量的增加,四方率先增大后减小.用SEM研究La2O3对BTNF基陶瓷微观结构的影响,结果表明:随着La2O3掺杂量的增加,试样的晶粒明显变小,La2O3显著的抑制了晶粒的生长.当La2O3掺杂量为0.15 mol;时,陶瓷晶粒生长比较均匀.陶瓷的室温介电常数大体上呈现出先增大后减小的趋势,当La2O3掺杂量为0.15 mol;时,有最大介电常数4562.     

La3+掺杂Ca1-xLaxCu3Ti4O12陶瓷的制备及性能研究

采用固相反应法制备了La3+掺杂的CaCu3Ti4O12(CCTO)陶瓷,研究了La3+掺杂量对Ca1-xLaxCu3Ti4O12(x=0;,1;,3;,5;,7;)陶瓷物相结构、微观形貌和介电性能影响,对La3+掺杂影响CCTO陶瓷介电性能的机理进行了分析.结果表明:x为3;时,开始出现杂相;x高于5;时,陶瓷晶粒开始细化;La3+掺杂可以显著提高CaCu3Ti4O12陶瓷的介电常数,同时介电损耗在高频段也相应降低,从而有助于CCTO陶瓷的综合介电性能的提升.     

陶瓷微珠直接堆烧制备多孔莫来石陶瓷及性能研究

以高纯石英粉、氧化铝粉以及玻璃粉作为主要原料,首先通过颗粒稳定泡沫法结合离心雾化干燥装置制备得到SiO2-Al2O3陶瓷微珠,然后将其紧密堆积于坩埚中,随后经1500 ℃下直接堆积烧结1 h,利用空心微珠高温下自发泡,成功制备孔分布均匀的多孔莫来石陶瓷.研究了SiO2-Al2O3陶瓷微珠中高纯石英粉、氧化铝粉和玻璃粉组成对多孔莫来石陶瓷性能的影响.该方法简便易行,可控性强.通过该方法可制得气孔率高达85.4;,抗压强度为(3.69±0.86) MPa,低介电常数为1.70的多孔莫来石陶瓷,有望应用于透波材料领域.     

Bi1.65Zn1.0Nb1.5O7.225陶瓷和薄膜的结构和介电性能对比

以立方焦绿石Bi1.5Zn1.0Nb1.5O7(BZN)为配方基础,通过掺入过量10％的Bi2O3,形成Bi1.65Zn1.0Nb1.5O7.225非化学计量比分子式.采用固相反应法合成具有焦绿石立方结构的Bi1.65Zn1.0Nb1.5O7.225陶瓷,并采用脉冲激光沉积法在Pt/SiO2/Si(100)基片上制备其薄膜.对比研究了非化学计量比Bi1.5Zn1.0Nb1.5O7.225陶瓷和薄膜的结晶性能,微观形貌以及介电性能的差异.结果表明烧结的Bi1.65Zn1.0Nb1.5O7.225陶瓷和沉积的BZN薄膜都保持立方焦绿石单相结构,但是薄膜展现出较强的(222)晶面择优取向.陶瓷和薄膜的晶格常数,微观形貌都体现出差异.对比二者的介电特性后发现,Bi1.65Zn1.0Nb1.5O7.225薄膜的介电常数明显高于陶瓷的介电常数,这归因于薄膜和块体材料之间的差异,例如厚度,致密度,择优取向等.     

La2O3掺杂对SnO2基陶瓷显微结构与电阻率的影响

以La2O3作掺杂剂,制备了La2O3掺杂的SnO2陶瓷.采用XRD、SEM以及其它测试手段对该陶瓷进行测试.结果表明:掺入适量的La2O3能够降低SnO2基陶瓷电阻率,促进SnO2晶相的形成和生长,对SnO2基陶瓷的致密化起到良好的作用.     

多离子复合铁电体Bi(Zn1/2Ti1/2)O3改性BNT陶瓷的微结构与电性能

采用传统陶瓷制备方法,制备了一种B位多离子复合铁电体Bi(Zn1/2Ti1/2)O3改性BNT无铅压电陶瓷(1 -x)( Bi1/2 Nay2) TiO3-xBi( Zn1/2Ti1/2) O3(简写为(1-x)BNT- xBZT,x=O,0.01,0.02,0.03,0.04).研究了BZT对该体系陶瓷微结构和压电性能的影响.结果表明:在所研究的组成范围内,BZT不改变陶瓷的晶体结构,同时抑制晶粒长大.添加BZT明显改善陶瓷的压电常数d33,但机电耦合系数kp变化不明显.分析了影响压电常数d33与机电耦合系数kp的不同作用机理,发现陶瓷内部存在的内应力是引起压电常数d33变化的一个重要因素.