高性能BaTiO-,3-壓電織構(gòu)陶瓷的制備及性能研究.pdf

1、隨著全社會對環(huán)境的重視,對環(huán)境協(xié)調(diào)性型材料的要求越來越迫切。BaTiO3(BT)是最早被研究的無鉛材料,它具有高的介電常數(shù),低介電損耗,優(yōu)良的鐵電、壓電、耐壓和絕緣性能,廣泛地應用于電子陶瓷制造工業(yè)。本文通過兩步熔鹽法合成了{100}取向的片狀BT模板,然后采用織構(gòu)化技術(shù)(TGG)合成了BT壓電織構(gòu)陶瓷。測試研究了合成模板和陶瓷的配方、合成條件、反應機理以及陶瓷的壓電性,得出了合成{001}晶面取向的BaBi4Ti4O15(BBiT)粉

2、體、{100}取向BT模板和BT壓電織構(gòu)化陶瓷的優(yōu)良配方。
　　 采用熔鹽法成功制備了{001}面取向、形貌規(guī)則、大小分布均勻,平均尺寸為5.9μm,厚度0.50μm的片狀BBiT粉體,合成最佳條件為:熔鹽NaCl-KCl,鹽與反應物的質(zhì)量比R=1∶1,溫度為1050℃,預燒時間為4h。通過XRD和SEM測試發(fā)現(xiàn),預燒溫度、時間、熔鹽種類、熔鹽含量對制備BBiT存在顯著影響。晶粒隨著溫度的升高,燒結(jié)時間的延長,晶粒尺寸不斷增大,

3、晶粒(00l)峰的峰強度先增強后減弱。在同一溫度下,當R≤1時,隨熔鹽含量的增加,晶粒尺寸逐漸增大;R＞1時,粉體的晶粒尺寸反而減小;熔鹽種類主要影響B(tài)BiT相結(jié)構(gòu)及純度,NaCl-KCl制備得到產(chǎn)物較純、(0010)面取向,其他熔鹽制備得到的BBiT為(109)常規(guī)取向。
　　 采用局部微晶轉(zhuǎn)化法(TMC),以(0010)面取向的BBiT前驅(qū)體與BaCO3為原料,KCl為熔鹽,成功合成了片狀{100}取向的BT粉體,粉體為規(guī)則

4、方片狀、尺寸為4～10μm、平均厚度0.6μm。合成粉體的最佳條件為:熔鹽KCl,控制摩爾比BBiT:BaCO3:KCl=1∶5∶1在950℃燒結(jié)3h。對比一步熔鹽法合成的BT球形顆粒,此法合成的BT粉體適合作為織構(gòu)化技術(shù)的理想模板。
　　 采用XRD、SEM、能譜(EDS)和差熱.熱重分析(DTA-TG)測試技術(shù),研究了TMC合成BT模板的反應機理:通過TMC轉(zhuǎn)變,得到的BT粉體熱穩(wěn)定性好,擇優(yōu)生長面從BBiT的(0010)面

5、轉(zhuǎn)變成BT的{100}面,形貌與前驅(qū)體一致。TMC轉(zhuǎn)變機理:(Bi2O2)2+層分解轉(zhuǎn)化為Bi2O3,贗鈣鈦礦結(jié)構(gòu)重組為純鈣鈦礦結(jié)構(gòu)框架,Ba2+取代Bi3+,合成BT,TMC轉(zhuǎn)化發(fā)生在690～950℃。
　　 采用TGG技術(shù),以{100}取向的BT為模板,340nmBT球狀粉體為母體,合成了{100}取向的織構(gòu)化BT壓電陶瓷。在1250℃以上合成的BT壓電陶瓷為四方相,最佳配料比r=1∶6和3.5∶1,相對密度ρr分別為91％