Bi-,4-Ti-,3-O-,12-織構(gòu)陶瓷的制備及性能研究.pdf

1、鐵電體是一類重要的功能材料。目前己發(fā)現(xiàn)的鐵電體多達(dá)上千種，廣泛的分布于7個(gè)晶系之中。鐵電體具有極大的介電系數(shù)、明顯的介電可調(diào)諧性、優(yōu)異的壓電性、熱釋電性、鐵電性等獨(dú)特的特征，可以應(yīng)用于電子學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)等方面以及信息存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)處理、、顯示、微驅(qū)動(dòng)、微機(jī)械和微電子機(jī)械系統(tǒng)等各個(gè)領(lǐng)域。Bi4Ti3O12以其高的居里溫度、優(yōu)良的耐疲勞性能和不含鉛等優(yōu)點(diǎn)而引起人們的關(guān)注。
　　 本文選擇Bi4Ti3O12為研究對(duì)象，以離子摻雜和結(jié)構(gòu)定向

2、兩種不同的方法對(duì)Bi4Ti3O12進(jìn)行了改性研究。文章主要采用熔鹽法制備了各向異性的Bi4Ti3O12粉體，將該粉體燒結(jié)得到電性能良好、晶粒取向生長(zhǎng)的Bi4Ti3O12織構(gòu)陶瓷。研究了煅燒溫度、熔鹽含量及Bi2O3過量等因素對(duì)粉體顯微形貌的影響，并探討了預(yù)燒粉體形貌對(duì)陶瓷顯微組織結(jié)構(gòu)和電性能的影響。另外，作為對(duì)比，研究了不同摩爾比的Sm3+離子摻雜對(duì)Bi4Ti3O12顯微結(jié)構(gòu)和性能的影響。
　　 以Sm3+作為摻雜離子，用傳統(tǒng)的

3、固相燒結(jié)工藝制備了Bi4Ti3O12陶瓷，研究了摻雜離子摩爾濃度與陶瓷鐵電介電性能之間的關(guān)系。結(jié)果表明，Sm3+摻雜可以顯著改善Bi4Ti3O12的鐵電介電性能。隨著Sm3+摻雜量的增加，Bi4Ti3O12陶瓷的介電常數(shù)不斷增大，介電損耗顯著降低，剩余極化強(qiáng)度大大提高。但是Sm3+的摻雜量存在最佳值，當(dāng)摻雜量為x=0.8時(shí)，Bi4Ti3O12陶瓷的鐵電介電性能達(dá)到最理想的狀態(tài)。
　　 采用熔鹽法制備了Bi4Ti3O12粉體，研究

4、了制備工藝參數(shù)與Bi4Ti3O12粉體晶粒的形貌和尺寸之間的關(guān)系。結(jié)果表明，Bi4Ti3O12粉體的顯微組織形貌和尺寸與煅燒溫度、熔鹽含量、Bi2O3過量程度等工藝參數(shù)關(guān)系密切。當(dāng)煅燒溫度為850℃，熔鹽與反應(yīng)原料的質(zhì)量比為1：1，Bi2O3過量8wt％時(shí)，晶粒尺寸分布均勻，分散性好，直徑與厚度比值較大，直徑約8μm，厚度為1μm左右，是非常理想的模板晶粒。通過對(duì)影響B(tài)i4Ti3O12形貌多個(gè)因素的系統(tǒng)研究，最終實(shí)現(xiàn)了通過工藝參數(shù)對(duì)Bi

5、4Ti3O12粉體顯微組織形貌和尺寸的控制。Bi4Ti3O12在熔鹽中生長(zhǎng)時(shí)遵循Ostwald熟化機(jī)理，大晶粒不斷長(zhǎng)大，小晶粒逐漸消失，大晶粒通過吞噬小晶粒來實(shí)現(xiàn)自身的成長(zhǎng)。另外，Bi4Ti3O12晶粒表面的不完整性是促進(jìn)晶粒長(zhǎng)大的驅(qū)動(dòng)力之一。
　　 以熔鹽法預(yù)燒后得到的粉體為起始原料燒結(jié)陶瓷。研究了預(yù)燒粉體的不同工藝參數(shù)對(duì)陶瓷顯微結(jié)構(gòu)和性能的影響。熔鹽法制備的粉體燒結(jié)成的陶瓷，出現(xiàn)了明顯的織構(gòu)生長(zhǎng)現(xiàn)象，并且陶瓷燒結(jié)致密性較好。