高性能钛酸钡陶瓷的制备工艺与应用.docx
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1、高性能钛酸领陶瓷的制备工艺与应用钛酸弱因具有高介电常数、压电铁电性及正温度系数等优异性能而成为重要的陶瓷材料。 烧结工艺对钛酸领陶瓷的致密化与显微结构具有重要影响;钛酸钢陶瓷存在介电常数随温度 的变化率较大、介电损耗高、击穿场强低、本身存在薄层时吸收强度弱和带宽窄等缺点,常 常通过掺杂改性来提高钛酸钢陶瓷的性能,而不同掺杂材料对钛酸飘陶瓷有着不同的影响。 钛酸钢陶瓷应用前景广阔,进一步研究更优良的钛酸钢陶瓷烧结工艺及掺杂工艺有着很重大 的意义。钛酸领陶瓷烧结工艺目前钛酸钢陶瓷的烧结方式主要有无压烧结、高压烧结、微波烧结、亳米波烧结等。【无压烧结】无压烧结在常压下进行烧结,主要包括常规无压烧结、
2、两步法烧结、两段法烧结。常规无压烧结方法是将陶瓷胚体通过加热装置加热到一定温度,经保温后冷却到室温 以制备陶瓷的方法。常规烧结采用高温长时间、等烧结速率进行,此方法需要较高的烧结温 度(超过IooOe)和较长的保温时间。如果烧结温度较低,则不能够形成足够的液相填充胚体 里的气孔,材料晶界结合不好并且材料中存在较大的孔洞,此时材料的电性能较差;烧结温 度过高,可能导致晶界的移动速度过快,出现晶粒异常增大现象。两步法烧结的烧结流程为:陶瓷胚体通过加热装置加热到一定温度后不进行保温,立即 以很快的速度降温到相对较低的温度进行长时间的保温。与常规烧结方法相比,两步烧结法 巧妙地通过控制温度的变化,在抑
3、制晶界迁移(这将导致晶粒长大)的同时,保持晶界扩散(这 是坯体致密化的动力)处于活跃状态,来实现晶粒不长大的前提下达到烧结的目的。两段法烧结是指在相对较低的温度下保温一段时间,然后再在较高的温度下保温,最后 自然冷却。用此工艺可以降低烧结温度和缩短烧结时间,此方式可以用于烧结细晶钛酸钢陶 瓷。【高压烧结】高压烧结有两种方式,第一种为高压成型常压烧结,笫二种为高压气氛烧结。高压成型常压烧结中,样品在高压下再次加压后,颗粒之间的接触点增加且气孔减少, 导致烧结前坯体的相对密度显著增加,而陶瓷烧结活性与样品的压坯密度紧密相关,所以烧 结温度显著降低。高压成型常压烧结使烧结温度降低了至少200C(无压
4、烧结温度一般高于 1200C)。高压气氛烧结中,高压能够显著增加陶瓷致密的驱动力,并且由于成核势垒的降 低使成核速率增加,扩散能力的降低使生长速率减小。高压气氛烧结被认为是一种比较理想 的得到致密细晶陶瓷的方法,而常压烧结无法得到纳米陶瓷。晶粒尺寸对BaTiO3的晶体结 构和铁电性有很大的影响,随着晶粒尺寸的减小,在BaTio3陶瓷中会出现多相共存和铁电 性消失的现象。近年来,随着微电子和通讯的发展,需要铁电组件的小型化和集成化,很有 必要获得细晶陶瓷以便得到最佳的电学性能。但是此方法的缺点为需要能够耐高压的模具, 工艺较复杂,较难操作。【微波烧结】微波烧结是利用微波电磁场中材料的介质损耗使材
5、料整体加热至烧结温度而实现烧结 和致密化。微波烧结具有体加热的特性,烧结过程中依靠材料本身吸收微波能,并转化为材 料内部分子的动能和势能,降低烧结活化能,提高扩散系数,从而实现低温快速烧结,可获 得纳米晶粒的烧结体。微波烧结的优点为具有较短的烧结时间,使引起低频介质损耗的缺陷 浓度减小,从而使得介质损耗降低。相对于常规无压烧结,微波烧结制备的BaTio3陶瓷晶 粒更小,具有相对多的晶界,晶界的介电常数较低。典型的烧结方法为:将压制成的样品置 于小刚玉珀期中加盖后放入大刚玉坦烟中,小刚玉生烟和大刚玉珀烟间填满具有较强吸波能 力的材料(如四针状氧化锌),将大刚玉用堪放入家用微波炉中烧结成瓷。图1微
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