ZnO掺杂KNN陶瓷烧结行为与性能研究

采用固相烧结工艺制备了钙钛矿结构的(K0.5Na0.5)NbO3+ xwt;ZnO(x=0,0.5,1.0,2.0)无铅压电陶瓷.研究了ZnO掺杂对(K0.5Na0.5)NbO3陶瓷体系烧结行为和电学性能的影响.结果表明:ZnO掺杂能够有效地降低陶瓷烧结温度,抑制K和Na的挥发,提高陶瓷的致密性.当掺杂量为0.5 wt;、烧结温度为1115℃时,陶瓷的体积密度最大p=4.41 g/em3.所有样品的晶粒形态均为层状堆垛结构,晶粒尺寸越大,层状堆垛形态越明显.晶粒形态和尺寸的变化与(K0.5Na0.5)NbO3陶瓷烧结过程中液相的形成和晶粒生长机制有关.适量的液相能够有效地提高陶瓷的致密性,获得均匀的微结构.当x=0.5、烧结温度为1115℃时,陶瓷具有最佳的电学性能:d33=118pC/N,kp=0.36,Pr=15.6 μC/cm2.     

溶胶-凝胶法制备Al2O3粉体及其陶瓷的性能研究

以硝酸铝、柠檬酸为原料,采用溶胶-凝胶法制备Al2O3粉体.利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜对Al2O3粉体的晶体结构、形貌及粒径进行表征,并研究以MgO-CuO-TiO2作为添加剂时,Al2O3陶瓷的烧结特性及介电性能.结果表明:干凝胶经1000℃煅烧2h后得到了分散性良好的Al2O3粉体,粒径大约为50～ 80 nm.随着MgO掺杂量的增加,Al2O3陶瓷的相对密度、介电常数以及Q·f值都呈先增大后减小的趋势;随着温度的升高,烧结体的相对密度不断增大.当烧结温度为1500℃,MgO含量为0.5wt;时,Al2O3陶瓷的综合性能较好:相对密度为91.52;,介电常数和Q·f值达到最大值分别为9.46,19862 GHz.     

ZrO2掺杂AZO防静电陶瓷的制备

以AZO陶瓷为基体,采用传统的固相烧结技术制备了ZrO2掺杂AZO防静电陶瓷,研究了不同烧结温度、ZrO2掺杂量对AZO陶瓷的表面电阻率、相对密度、维氏硬度的影响.通过XRD测定陶瓷的物相结构,SEM观察陶瓷的断面形貌,表面电阻测试仪测量陶瓷的表面电阻,维氏显微硬度仪测量陶瓷的维氏硬度,阿基米德排水法测量陶瓷密度等方法对ZrO2掺杂AZO陶瓷进行了分析表征.结果表明:当烧结温度为1450℃,ZrO2的掺杂量为1wt;时,其综合性能最佳.此时陶瓷表面电阻率为105Ω· cm,相对密度达97.61;,维氏硬度为357.5 HV0.3,已达到防静电陶瓷性能要求.     

CuO掺杂对Ba0.96(Bi0.5K0.5)0.04TiO3陶瓷烧结行为和介电性能的影响

采用固相法制备了Ba0.96(Bi0.5K0.5)0.04TiO3-xCuO(x=0 ～0.05)陶瓷,通过XRD、SEM和阻抗分析仪等测试手段研究了CuO掺杂对Ba0.96(Bi0.5K0.5) 0.04TiO3陶瓷烧结温度、相组成、显微结构和介电性能的影响.结果表明:在x=0 ～0.05掺杂浓度范围内,所有陶瓷样品均为钙钛矿结构,且没有第二相的生成.当x≤0.03时,CuO与Ba0.96(Bi0.5K0.5)0.04TiO3形成固溶体,Cu2进入晶格取代Ti4的位置.在x=0.02时,陶瓷样品的四方率c/a达到最大,居里温度Tc最高为148.5℃.当x≥0.04时,过量的CuO在晶界处形成液相,显著降低烧结温度.当x=0.05时,烧结温度降为1275℃,由于液相的产生,陶瓷样品致密度提高,内部缺陷减少,介电损耗最小.在掺杂CuO的陶瓷样品中,介电常数先增大后减小,在x=0.01时达到最大.     

V5+掺杂CaCu3 Ti4 O12陶瓷的 低温合成及烧结性能

采用传统固相反应法以V2O5为V5+掺杂源合成制备了CaCu3Ti4-xVxO12(CCTVO,x=0;,1;,3;,5;)陶瓷粉体,研究了V掺杂量对CaCu3Ti4O12(CCTO)物相低温合成及其低温烧结性能的影响,并对V掺杂CCTO陶瓷的低温合成机理和烧结机理进行了分析.XRD结果表明:当V掺杂量为≥1;时,在870℃煅烧20h可以完全获得CCTO物相,而未掺杂的样品则含有明显杂相,这说明V掺杂可以实现CCTO物相在低温下的合成制备.但差热分析表明,V掺杂后会提高CCTO发生固相反应的起始温度.分析认为低温下之所以实现CCTO的制备主要得益于V掺杂后会在高温煅烧过程中形成液相而增强了扩散气质和热传递效应.V掺杂量为3;的粉体在920℃相对较低温度下烧结后,具有较大的晶粒尺寸和高达92.4;的致密度,所得陶瓷在20Hz的低频率下介电常数高达2.28×105.     

透辉石微晶玻璃的低温烧结制备及性能表征

以废弃建筑玻璃为主体原料,将废玻璃粉、高岭土和氧化镁进行球磨混和,压制成型后直接烧结,在低温下成功制备出具有单一透辉石晶相结构的微晶玻璃.采用X射线衍射、场发射扫描电子显微镜等测试手段,研究了MgO加入量和烧结温度对微晶玻璃样品的晶相组成、显微结构及性能等的影响.结果表明:随着MgO加入量的增多以及烧结温度的升高,微晶玻璃的体积密度和抗弯强度均呈现先增大后减小的趋势.MgO加入量和烧结温度的提高可以有效促进透辉石晶相的析出.当MgO加入量为4;、975℃烧结2 h时所制备得到的透辉石微晶玻璃性能最好,其体积密度为2.395 g·cm-3,抗折强度102.1 MPa.     

Ca1-xYxBi4Ti4O15铁电材料的结构和电性能研究

采用传统的固相反应法制备铋层结构铁电陶瓷材料Ca1-xYxBi4Ti4O15+x/2(x=0～0.1)(简称CYBT),研究了钇离子掺杂对CYBT陶瓷的烧结、晶相组成、显微形貌及电性能的影响.Y3+的A位取代,可以改善CYBT陶瓷的烧结性能,提高体积密度和瓷体致密度.Y3+的引入促进晶粒沿c轴方向生长,晶粒各向异性减小,室温介电常数增加.Y掺杂后离子半径差别和A空位浓度增加所产生的晶格畸变,使陶瓷的居里温度显著升高,当掺杂量x=0.10时,Tc升高了约80℃.Y掺杂显著降低了高温损耗,掺杂量x =0.075的样品表现出最好的压电性能,压电常数d33为15 pC/N.     

Al2O3陶瓷非等温烧结研究

以高纯α-Al2O3粉体为原料,采用非等温烧结法制备了纯Al2O3陶瓷(AL)及掺杂MgO-Y2O3复合助剂的AJ2O3陶瓷(ALMY).研究了AL和ALMY在不同烧结温度下的相对密度、显微结构及硬度.结果表明,在非等温烧结中,纯Al2O3致密化的烧结温度范围较窄,烧结温度为1500℃时,其相对密度及硬度分别为98.1;和18.1GPa,当烧结温度为1600℃时,AL由于晶粒显著粗化,且产生了晶内气孔,相对密度及硬度分别显著下降到94.6;和12.5 GPa.MgO-Y2O3复合助剂的引入拓宽了Al2O3致密化的烧结温度范围,细化了显微结构,烧结温度在1500℃和1600℃时,ALMY的相对密度均在98;以上,硬度分别为19.2 GPa和17.6 GPa.     

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。     

MgO掺杂对PMMN四元系压电陶瓷结构与性能的影响

采用固相烧结法制备添加过量MgO的铌镁-铌锰-锆钛酸铅(PMMN)四元系压电陶瓷材料,研究了不同MgO掺杂量对材料结构及压电介电性能的影响.实验结果表明,适量MgO掺杂,不仅不改变PMMN压电陶瓷的钙钛矿相结构,且能提高合成粉体的晶化程度,降低陶瓷的烧结温度,改善材料的压电介电性能.当MsO掺杂量为0.25;质量分数,1130℃烧结的样品性能参数为:d33=310 pC/N,Qm=1008,kp=0.61,tan δ=0.34;,ε33T/ε0=1494,是一种中温烧结功率型压电陶瓷材料,适用于多层压电变压器,超声马达等器件.     

SiO2对低温烧结压电陶瓷PMNNS的性能影响

在烧结温度为1020℃下,采用固相二步合成法制备了Pb(Ni1/3Nb2/3)0.05(Mn1/3Nb2/3)0.04(Mn1/3Sb2/3)0.01(Zr1/2Ti1/2)0.9O3(PMNNS)压电陶瓷,研究了加入不同掺杂量的SiO2对陶瓷的结构与机电性能的影响。结果表明:加入SiO2可以明显地降低烧结温度;而且当SiO2的掺杂量为0.1%时,陶瓷的性能最佳,其性能如下:d33=331 pC/N,tanδ=0.0041,kp=0.62,Qm=1326,εr=917。     

低温烧结3Y-TZP陶瓷的研究

以不同质量分数的MnO2-TiO2(质量比为1:1)为烧结助剂,在1300～1500 ℃下低温烧结制备了3Y-TZP陶瓷.对3Y-TZP陶瓷的相对密度、物相及显微结构、显微硬度、抗弯强度及断裂韧性进行了测试分析,并对烧结助剂的基本性能进行了表征.探究了烧结助剂及烧结温度对3Y-TZP陶瓷性能的影响.实验结果表明:在3Y-TZP陶瓷中加入烧结助剂MnO2-TiO2(质量比为1:1)可以实现低温烧结.试样的相对密度、显微硬度、抗弯强度、断裂韧性随烧结温度的升高先增大后降低.在烧结助剂为0.5wt;,烧结温度为1350 ℃时,试样的相对密度及力学性能都达到最大,在此条件下,试样的相对密度达97.16;,显微硬度为2032.8 HV,抗弯强度为300 MPa,断裂韧性为8.35 MPa· m1/2,且试样的断裂方式为晶粒拔出及晶粒断裂遵循着穿-沿晶断裂的模式,且晶粒极小.     

(1-x)Ba_(0.998)La_(0.002)TiO_3+xBi_4Ti_3O_(12)陶瓷电性能的研究

采用固相法制备了(1-x)Ba0.998La0.002TiO3+xBi4Ti3O12(0≤x≤0.03)陶瓷,研究了Bi4Ti3O12掺杂量以及烧结气氛对Ba0.998La0.002TiO3陶瓷显微结构、居里温度Tc及介电性能的影响。结果表明:Bi4Ti3O12在Ba0.998La0.002TiO3陶瓷中的掺杂抑制了陶瓷晶粒的生长,使居里温度提高到约150℃。在空气中烧结的陶瓷的介电常数随Bi4Ti3O12掺杂量的增加先减小后增大,当Bi4Ti3O12掺杂量为1.5 mol%时,陶瓷的介电常数最小(还原再氧化陶瓷的介电常数为6.0×103,空气中烧成的陶瓷的介电常数为9.0×102)。     

CeO2掺杂KNN-LiNbO3无铅压电陶瓷的压电与介电性能研究

采用传统固相烧结法制备了0.98K0.5Na0.5NbO3-0.02LiNbO3-xCeO2(0.98KNN-0.02LN+xCeO2)无铅压电陶瓷.研究了不同CeO2掺杂含量(x=0、0.01、0.02、0.03、0.04)对0.98KNN-0.02LN陶瓷显微结构和电学性能的影响.研究结果表明:当CeO2掺杂含量从x=0.00到x=0.01和从x=0.02到x=0.03时,样品出现了正交-四方相转变.当x=0.00和x=0.02时,样品都处于正交与四方两相共存状态.CeO2少量掺杂时Ce4+完全进入晶格,表现为"受主"掺杂的特性;而大量CeO2掺杂时,有杂相的生成,主要起到烧结助剂的作用.样品在1080℃下烧结,当掺杂含量为x=0.02时取得最佳的综合性能:d33=104pC/N,Qm=2201,kp=0.24423,εr=804.2,tanδ=8.748;.     

MgTiO3掺杂对Ba0.56Sr0.34Ca0.1TiO3铁电陶瓷性能的影响

采用传统固相反应合成主晶相Ba0.56Sr0.34Ca0.1TiO3 (BSCT)粉末,复合掺杂MnCO3、Nb2O5、MgTiO3,在空气气氛下常压烧结制备BSCT基陶瓷.研究了MgTiO3的掺杂量对BSCT陶瓷材料的相组成、微观形貌、介电性能和储能密度的影响.结果表明:MgTiO3具有细化晶粒的作用;烧结体的致密度、介电常数和抗压强度随着MgTiO3的含量的增加先增大后减小;居里温度Tc随MgTiO3含量的增加向负温度方向移动,当烧结温度为1250℃,MgTiO3含量为0.69wt;,BSCT陶瓷的综合性能较好:击穿强度和储能密度达到最高值,分别为21.33 kV/mm、2.629 J/cm3.     

Mg2+掺杂Li4Ti5O12陶瓷靶材的制备及其性能研究

本实验以Mg(OH)2作为镁源,将1wt;、2wt;、3wt;、4wt;、5wt;的Mg(OH)2粉末与纯Li4Ti5O12粉末球磨混合,使用粉末冶金的方法烧结制备出了Mg2+掺杂的Li4Ti5O12陶瓷靶材,分别研究了烧结温度为880 ℃、900 ℃、930 ℃、950 ℃、980 ℃时Mg2+掺杂Li4Ti5O12陶瓷靶材的收缩率、致密度和力学性能的变化情况;通过对Mg2+掺杂Li4Ti5O12陶瓷靶材进行XRD衍射分析和断面的SEM分析可以得出,Mg(OH)2的最佳掺杂量为4wt;,陶瓷靶材的最佳烧结温度为950 ℃.可以得到抗弯强度为83.189 MPa、相对密度为96.041;、维氏硬度为的364.26HV500、物相单一的Mg2+掺杂的Li4Ti5O12陶瓷靶材.     

Ba1-x(Na0.5Bi0.5)xZr0.1Ti0.9O3陶瓷的制备及性能研究

采用固相法制备Ba1-x(Na0.5Bi0.5)xZr01Ti0.O3(x=0,0.05,0.1,0.15,0.2)陶瓷,并研究Bi、Na共同掺杂对BaZr01Ti0.9O3陶瓷结构、相组成、介电和铁电性能的影响.研究表明,Bi、Na共掺杂可以降低BaZr01Ti0.9O3陶瓷的烧结温度,并且在现有的掺杂水平下,所得陶瓷均为单一钙钛矿结构.陶瓷的相对介电常数在x=0.05时,由未掺杂的800增至最大值1700左右.陶瓷的介电损耗随Bi、Na掺杂量的增加,呈增加趋势.铁电性研究表明,随Bi、Na掺杂量的增加,存在漏电流增大的趋势,使得铁电性恶化,当含量超过0.1后呈现非铁电性.由以上可知,掺杂少量的Bi、Na,可以在一定程度上提高BaZr0.1Ti0.9O3陶瓷的介电性.     

烧结温度对Ca_(0.9)(NaCe)_(0.05)Bi_2Nb_2O_9无铅压电陶瓷性能的影响

采用传统固相反应法制备了Ca_(0. 9)(Na Ce)_(0. 05)Bi_2Nb_2O_9铋层状无铅压电陶瓷。采用XRD、SEM、EDS及相关电学性能测试系统表征了样品的晶体结构、断面形貌、元素组成以及介电、压电、铁电等性能,探究不同烧结温度对于陶瓷性能的影响。结果表明:当烧结温度为1150℃时,样品的晶体结构单一均匀,呈现片层状结构,致密性较好,压电常数高达17 p C/N,介电损耗仅为0. 42%,居里温度为908℃,并且具有很好的温度稳定性,说明固相反应法制备的Ca0. 9(Na Ce)0. 05Bi2Nb2O9压电陶瓷最佳烧结温度为1150℃。     

稀土掺杂Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3压电陶瓷的烧结特性研究

在传统的固相反应制备工艺中,固相反应的烧结温度直接影响着陶瓷的物相结构、陶瓷致密度以及介电性能等.本文采用固相反应法制备x; Sm3掺杂PMN-PT压电陶瓷,通过控制不同的烧结温度,制备了一系列Sm-PMNPT陶瓷样品.利用X射线衍射仪、介电温谱以及准静态d33测量仪对陶瓷结构、介电性能、压电系数等性能进行表征.研究结果表明:烧结温度在1250℃,x=1.875mol;～2.5mol;,陶瓷样品的钙钛矿含量最大,压电系数最高可达1254 pC/N,kp=0.58,相对介电常数高达30000左右,密度达到8.48 g/cm3.     

LiBiO2掺杂的低温烧结PSZT压电陶瓷

采用固相二步合成法,通过在预烧粉料中添加LiBiO2,制备出一种低温烧结的Pb0.95Sr0.05(Zr0.54Ti0.46)O3压电陶瓷材料。LiBiO2的添加具有降低烧结温度同时提高陶瓷性能的优点。实验结果表明:适量的LiBiO2掺杂,可形成过渡液相烧结,使烧结温度降低到950～1050℃,比未添加时的烧结温度低240～340℃。当w(LiBiO2)=1.0%,陶瓷达到最佳压电性能:压电应变常数d33=425 pC/N,平面机电耦合系数kp=57.62%,退极化温度Td=350℃,相对介电常数ε3T3/ε0=1543,介电损耗tanδ=0.0216,剩余极化强度Pr=35.51μC/cm2,体积密度ρ=7.45g/cm3。该材料可应用于低温共烧的叠层压电器件中。