锆钛酸钡粉体与陶瓷的制备与性能

论文摘要

自从1942年Wainer和Selomon发现钛酸钡陶瓷具有较好的介电性能以来，钛酸钡作为一种性能优异的铁电材料，近几十年来已发展成为一类新型现代功能陶瓷。但钛酸钡的居里温度在120℃左右，限制了其在室温下的应用。为了改善钛酸钡的室温介电性能，掺杂钛酸钡成为人们首选的研究方向。近年来，Ba(ZrxTi1-x)O3的研究逐渐被人们重视，因为Zr4+要比Ti4+稳定的多，同时Ba(ZrxTi1-x)O3的居里温度可以降到室温，具有很好的应用前景。传统的BaTiO3制备方法是固相合成法，但湿化学法中的溶胶凝胶法具有原料价格低廉，工艺设备简单，粉体纯度高，粒度可控制及烧结温度低等优点。同时，用溶胶凝胶法来制备Ba(ZrxTi1-x)O3材料并研究其介电性能的文章还比较少见。所以本文采用溶胶凝胶法制备了Ba(ZrxTi1-x)O3（X=0.04、0.07、0.10、0.13）粉体，考察了溶液的pH值、胶凝温度和热处理温度对粉末相结构及粒度的影响，在750℃下热处理得到了完全结晶的Ba(ZrxTi1-x)O3粉末，XRD物相分析证明其为完全互溶取代固溶体粉末，此热处理温度比国外用溶胶凝胶法制得粉末的热处理温度降低了340℃，保温时间缩短了3h。该粉末可在1340℃下烧结成瓷，此烧结温度比国外用溶胶凝胶法制粉后烧结的温度低了60℃，保温时间减少了3h。考察了不同烧结温度对陶瓷性能的影响。在1340℃烧结得到的陶瓷结构较致密，晶粒分布较均匀。对该系列固溶体材料的介电性能用LCR测量仪进行了测试分析，并测量了介电强度。结果表明：材料的介电常数随Zr掺杂量的增多呈上升趋势，在X=0.10达到极值。材料的居里点温度随Zr掺杂量的增多向室温方向呈线性偏移，并随Zr掺杂量的增多Ba(ZrxTi1-x)O3逐渐出现驰豫现象。SEM分析表明，随Zr掺杂量的增多材料的晶粒尺寸有明显的降低，说明Zr掺杂对晶粒长大有抑制作用。材料的介电强度在25000～31000V／cm之间，且随Zr掺杂量的增多而增大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 第一章 文献综述
• 1.1 功能陶瓷简介
• 1.2 电子功能陶瓷
• 1.3 钛酸钡系电子陶瓷
• 1.3.1 钛酸钡晶体结构
• 1.3.2 钛酸钡的电学参数
• 1.3.3 钛酸钡的铁电性能
• 1.3.4 钛酸钡的介电性能
• 1.3.5 钛酸钡PTC效应
• 1.3.6 钛酸钡介电弛豫性能
• 1.4 掺杂钛酸钡陶瓷的研究进展
• 1.4.1 掺杂取代
• 1.4.2 稀土元素
• 1.4.3 助烧剂
• 1.4.4 粒径效应和相变
• 1.5 钛酸钡基粉体的制备方法
• 1.5.1 固相烧结法
• 1.5.2 共沉淀法
• 1.5.3 水热法
• 1.5.4 液相包裹法
• 1.5.5 微乳液法
• 1.5.6 低温直接合成法
• 1.5.7 燃烧合成法
• 1.5.8 水热电化学法
• 1.5.9 高能球磨法
• 1.5.10 溶胶凝胶法
• 第二章 试验研究目的及方案设计
• 2.1 选题依据及研究目的
• 2.1.1 选题依据
• 2.1.2 研究目的
• 2.2 实验方案设计
• xTi_1-x)O₃纳米粉体'>2.2.1 溶胶凝胶法制备Ba(Zr_xTi_1-x)O₃纳米粉体
• xTi_1-x)O₃陶瓷的制备'>2.2.2.Ba(Zr_xTi_1-x)O₃陶瓷的制备
• xTi_1-x)O₃粉末及陶瓷性能测试及表征'>2.2.3 Ba(Zr_xTi_1-x)O₃粉末及陶瓷性能测试及表征
• xTi_1-x)O₃固溶体粉末'>第三章 溶胶凝胶法制备Ba(Zr_xTi_1-x)O₃固溶体粉末
• 3.1 引言
• 3.2 实验过程
• 3.2.1 实验原料
• 3.2.2 实验仪器
• 3.2.3 实验过程
• 3.2.4 粉体物性表征方法
• 3.3 不同工艺参数对胶凝时间的影响
• 3.3.1 pH值对胶凝时间的影响
• 3.3.2 胶凝温度对溶胶—凝胶转变进程的影响
• 3.3.3 陈化时间的影响
• 3.4 粉体物性表征
• 3.4.1 粒度表征
• 3.4.2 DTA及TG分析
• 3.4.3 XRD分析
• 3.5 结论
• xTi_1-x)O₃陶瓷的制备及介电性能的研究'>第四章 Ba(Zr_xTi_1-x)O₃陶瓷的制备及介电性能的研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验过程
• 4.2.1 试验仪器
• 4.2.2 实验过程
• 4.3 试验结果与讨论
• 4.3.1 热收缩分析结果
• 4.3.2 烧结性能分析
• 4.3.3 介电性能的测试分析
• 4.3.4 SEM分析
• 4.4 结论
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间研究成果
• 致谢