KNN基无铅压电陶瓷研究进展

(K,Na)NbO_3(KNN)基无铅压电陶瓷由于压电性能优异、机电耦合系数高、无环境污染等优点,成为压电材料研究的热点。文中详细论述了近几年来国内外有关KNN基无铅压电陶瓷材料的研究进展,重点总结了KNN基无铅压电陶瓷材料制备工艺优化方面的研究进展和动向,展望了KNN基无铅压电陶瓷体系在实用化道路上的发展趋势。     

新型水声换能器材料PZT超微粉制备研究

纳米技术的出现和发展为制备高性能陶瓷材料提供了一个崭新的途径。为获得性能优良的PZT压电陶瓷,满足水声换能器的应用需要,试验针对化学沉淀法制备PZT超微细粉进行了深入系统地研究。合成了一次颗粒小于10nm、平均粒径40~50nm的PZT超微细粉。检测结果表明,化学沉淀法是制备高性能PZT超微细粉体的合理方法,粉体颗粒细小、活性好、尺寸分布范围窄,适合制备高性能的PZT压电陶瓷。     

日本压电陶瓷工艺进展情况

第一,本文主要描述了日本继pb(Zr,Ti)O_3之后新近研制的pbT_iO_3系和三元系压电陶瓷的进展情况;第二,简述了用控制孔隙率和孔隙形状的方法制备的PZT陶瓷孔隙率对电性质和压电性质的影响;第三,叙述了无孔隙PIZT的制备及用两段法特别制备的无孔隙陶瓷PLZT的缺陷结构与电学性质的关系及PIZT的机械强度等问题;第四,对各向异性的(如铋层状化合物)晶粒取向陶瓷的新近结果进行了简单描述。     

离子注入改进陶瓷表面可焊性机理分析

进行了Ni+( 1 3 0keV)、Ti( 1 50keV)离子注入Al2 O3(质量分数为 85% ) -ZrO2 (质量分数为 1 5% )陶瓷表面改性试验 ,对改性陶瓷材料表面进行了X -光衍射谱物相分析、表面导电性分析以及与不锈钢材料的非活性钎焊性能分析。结果表明 ,注Ni+和注Ti+陶瓷表层导电性未发现明显变化 ,而注Ti+的陶瓷表层材料在注入剂量达到3× 1 0 17ions/cm2 时其导电性有明显的提高 ,这是由于在陶瓷材料表层生成的钛氧化物的导电性较高的原故。离子注入确实可以显著提高陶瓷材料的可焊性 ,但提高陶瓷材料表面导电性并不是提高其钎焊性能的主要因素。     

压电位移材料电场E_3和应变S_1的关系

研究了软性铌锑—锆钛酸铅Pb(Sb1/ 2 Nb1/ 2 )ZrTiO3 (简称SN)系及硬性锑锰—锆钛酸铅Pb(Mn1/ 3 Sb2 / 3 )ZrTiO3(简称MS)系压电陶瓷电场E3 和应变S1的关系。压电方程为S1=d3 1E3 ,在弱电场下为线性关系。随着电场增加 ,压电应变系数d3 1变大 ,从而不再是常数。当电场E3 增大到某一值时d3 1有极大值 ,我们称此电场为饱和电场Es。软性SN三元系压电陶瓷的退极化电场Ed 为 12 .7kV/cm ,小于它的矫顽场Ec(13.6kV/cm)以及d3 1极大值 (-45 7pC/N)时的饱和电场Es(14kV/cm)。而硬性MS三元系压电陶瓷的退极化电场Ed 和d3 1极大值 (- 2 0 2pC/N)时的饱和电场Es相等 ,均为 2 4kV/cm ,大于它的矫顽电场Ec(18.6kV/cm)。软性SN三元系压电陶瓷在较低的电场下就可产生很大的应变。而硬性MS三元系压电陶瓷可以施加很大的反向电场     

Al2O3/Y2O3复合助剂对常压烧结B4C陶瓷性能的影响

以B4C微粉为原料,聚乙烯醇(PVA)、酚醛树脂为黏结剂,Al_2O_3+Y_2O_3为复合烧结助剂,在2 250℃的烧结温度下,采用常压烧结工艺制备碳化硼陶瓷,研究复合助剂Al_2O_3+Y_2O_3的加入量对碳化硼陶瓷材料的显微组织、烧结性能以及力学性能的影响。结果表明,Al_2O_3+Y_2O_3的质量分数为0.75%时,常压烧结B4C陶瓷材料的性能最佳:烧结体相对烧结密度为96.4%,最大抗弯强度为360 MPa,硬度为26.47 GPa。显微组织显示气孔细小,分布均匀。     

高强高硬Al_2O_3陶瓷

该陶瓷由Al2O3晶体和不低于0.5vol.%的弥散颗粒(平均粒径≥0.3μm)组成.弥散颗粒包括MgAl2O4和TiO2、Al2T;O 5及RE2Ti2O 7(RE为稀土金属).制造步骤为:将Al2O3与上述化合物混合后模压成形.然后将模压件烧结至理论密度的95 %.烧结过程由下列步骤组成:1)烧结形成含Ti和Mg的Al:O 3固溶物:2)通过加热使部分MgAl2O4沉淀在Al2O3中;3)进一步加热使部分TiO2、Al2TiO5及RE2Ti2O?沉淀在Al2O3中.这种陶瓷可用于制造耐磨损部件和发动机部件等. 范爱国译自V130(5)     

烧结温度对合成Ti_3SiC_2材料的影响及反应机理的研究

以Ti/Si/C为原料,采用反应烧结方法制备Ti3SiC2材料,并分析反应烧结机理。结果表明,以3Ti/1.2Si/2C为起始原料,烧结温度在1250~1300℃之间,可以得到Ti3SiC2含量90%以上的Ti3SiC2材料。Ti3SiC2的反应合成机理是固-液反应,即:Ti5Si3和β-Ti形成液相,液相再与TiC反应,进而合成Ti3SiC2。     

溶胶形成温度对BNT陶瓷压电介电性能的影响!

为了研究溶胶-凝胶方法对BNT基无铅压电陶瓷压电、介电性能的影响,采用溶胶-凝胶法合成了具有单一钙钛矿结构的(Na0.5Bi0.5)0.94Ba0.06TiO3超细粉料。研究结果表明,前驱体液的pH值控制在7～9范围内,溶胶形成温度为70℃时,可以制得均匀透明的溶胶;根据XRD研究结果,凝胶在700℃下热处理2 h后可形成单一钙钛矿结构的超细粉料。分析了材料的压电、介电性能随溶胶形成温度与烧结温度的变化。根据试验结果,认为溶胶比较适宜的形成温度为70℃,虽然溶胶-凝胶方法制备的BNT无铅压电陶瓷的介电性能受到一定的影响,但其压电性能得到了提高。     

ITO玻璃基PLZT铁电材料的制备和性能研究

采用溶胶-凝胶(sol-gel)工艺直接在掺锡氧化铟(ITO)玻璃衬底上制备生长(Pb0.92La0.08)(Zr0.53Ti0.47)O(3PLZT)铁电薄膜,研究不同的退火温度对PLZT薄膜生长行为、电性能及光学性能的影响。结果表明,经650℃退火PLZT薄膜具有较好矫顽场强(55kV/cm)和剩余极化强度(38μC/cm2),薄膜的漏电流可达最低值(7.1nA),薄膜具有较好的介电性及透光性。     

BST-BSL体系的烧结行为和介电性能

采用草酸盐共沉淀工艺制备高反应活性Ba0.6Sr0.4TiO3(BST)粉体,添加适量的B2O3-SiO2-Li2O(BSL)为烧结助剂,采用传统陶瓷制备工艺制备BST-BSL复相陶瓷。用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分别研究BST-BSL的微观形貌和相组成,并测试BST-BSL的介电性能参数。结果表明:添加的少量B2O3-Li2O-SiO2在烧结过程中与BST主晶相发生复杂的化学反应,使BST的烧结温度由1 350℃降低到1 000℃以下;B2O3-Li2O-SiO2的添加大幅改善BST的介电常数温度稳定性,引入的非铁电第二相对BST铁电性的‘稀释作用’使BST-BSL的可调率降低,但由于烧结助剂的添加量少,使BST-BSL在1 kV/mm外加偏场下的可调率仍在5%以上。     

一种Ti3AlC2陶瓷材料的制备方法研究

采用机械球磨和热处理方法制备Ti3Al粉体,并将Ti3Al和C反应烧结制备Ti3AlC2陶瓷材料。将Ti、Al的摩尔比为3∶1的混合粉末,球磨20 h后经750℃热处理40 min得到质量分数达到98.54%的Ti3Al金属间化合物;然后采用Ti3Al和C的摩尔比为1∶2为原料,进行反应烧结制备Ti3AlC2,在1 300℃保温60 min,可得到试样中Ti3AlC2的质量分数为96.4%。研究得出Ti3AlC2的合成路径即在反应过程中先生成Ti2AlC和TiC两相,然后二者反应合成Ti3AlC2相。     

氮化石墨烯对高温高频压电陶瓷材料性能的影响

在PbTiO_3高温高频压电陶瓷材料中添加不同含量的氮化石墨烯,并进行物相组成、显微形貌和压电性能的测试与分析。结果表明:氮化石墨烯的添加,有利于提高机电耦合系数、机械品质因数、压电常数d33和居里温度,降低介电常数;随氮化石墨烯含量的增加,材料的机电耦合系数、机械品质因数、压电常数d33和居里温度均先增大后减小,介电常数先减小后增大;PbTiO_3压电陶瓷的氮化石墨烯质量分数优选为2.5%,其机电耦合系数、机械品质因数、压电常数d33和居里温度分别较未添加氮化石墨烯材料提高58%、36%、55%、11%,介电常数则减小22%。     

La2O3/Al2O3氧化物添加比对Csf/SiC复合材料力学特性的影响

利用热压烧结技术制备高致密度短碳纤维增韧碳化硅陶瓷基(Csf/SiC)复合材料。研究稀土氧化物添加比对烧结后Csf/SiC复合材料微观结构、力学特性和增韧机制的影响。结果表明:随着烧结助剂中La2O3含量增加,烧结后材料中SiC颗粒平均粒径减小,相对密度逐渐降低,而强度和韧性则先增加后降低;颗粒桥连、纤维拔出和裂纹偏转是该材料体系的主要增韧方式。     

Al_2O_3-TiC/Cr18-Ni8扩散焊界面附近元素分布及析出相

采用Ti/Cu/Ti复合中间层实现Al2O3-TiC陶瓷基复合材料和Cr18-Ni8不锈钢的扩散焊接。采用光学显微镜(OM)、电子探针(EPMA)、X-射线衍射(XRD)等分析手段,对Al2O3-TiC/Cr18-Ni8扩散焊接头的显微组织、元素分布及析出相进行分析。结果表明:Al2O3-TiC/Cr18-Ni8界面结合紧密,界面过渡区与两侧基体间界面平直。Ti与Al2O3间的反应主要发生在陶瓷表面附近;在Cu层内,Ti和Cu浓度轮廓互补;Ti向不锈钢侧扩散较大的距离,Fe、Cr表现为相似的扩散趋势;Ni呈现"上坡"扩散的特点。Al2O3-TiC/Cr18-Ni8接头的界面结构为Al2O3+TiC,NiAl2O4,TiC,CuTi+Cu(Ni),FeTi+Cr2Ti+TiC和Fe。     

BST-BZN复相陶瓷的烧结行为和介电性能

用草酸盐共沉淀工艺制备高反应活性Ba0.6Sr0.4TiO3(BST)粉体,添加10%(质量分数)的Bi2O3·ZnNb2O6(BZN)为烧结助剂,采用传统陶瓷制备工艺制备BST-BZN复相陶瓷。用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分别研究BST-BZN的微观形貌和晶相组成,并测试BST-BZN复相陶瓷的介电性能参数。结果表明,添加BZN使BST的烧结温度由1350℃降低到1050℃,BST晶粒粒径约为1μm,烧结过程BZN与BST发生固溶反应,BST的XRD衍射峰向低角度偏移。BST-BZN具有良好的介电常数温度稳定性,但是由于少量Bi3+对Ba2+/Sr2+的取代、晶粒的细化、晶界相比例增多等原因导致BST-BZN可调率降低,1kV/mm的偏场作用下其可调率只有0.15%。     

Al2O3基陶瓷抗弹性能的研究

以添加ZrO2的Al2O3基陶瓷材料为研究对象,经过成分优化设计以及成型、烧结工艺优化设计,制备出性能高且稳定的材料;并采用模拟穿甲弹和破甲弹对装甲钢、几种陶瓷材料进行了对比试验,测定了防护系数;并分析了几种材料抗穿、破甲弹防护系数不同的原因。     

钛酸铋薄膜退火时间的研究

采用金属有机化学气相沉积工艺和快速退火工艺,在硅(100)基片上制备高度择优取向的Bi4Ti3O12铁电薄膜,运用X射线衍射术分析薄膜材料的结构,通过测量材料的电滞回线和漏电流密度,研究快速退火对Bi4Ti3O12薄膜电性能的影响.在优化的工艺条件下,Bi4Ti3O12铁电薄膜的剩余极化强度(Pr)为8μC/cm2,漏电流密度为10-11 A/cm2.     

Al2O3基陶瓷材料的强韧化研究进展

Al2O3的脆性极大地限制了其使用范围。综述了Al2O3增韧的几种方式及其机理,主要包括自增韧、颗粒弥散增韧、晶须(纤维)增韧、相变增韧和复合增韧。由于采取单一的增韧手段已不能制备出满足各种需求的材料,复合增韧将是Al2O3基陶瓷材料增韧的最主要的手段,采用纳米颗粒增韧技术制备纳米陶瓷是该研究领域的未来发展方向。     

常压烧结制备Al2O3/SiC纳米复合陶瓷及其显微结构的研究

以微米SiC颗粒和工业氧化铝为原料,采用机械混合法制备Al2O3/SiC复合粉末。将复合粉末煅烧、成型,在1 600℃,2h烧结可制备出Al2O3/SiC纳米复合陶瓷。通过XRD、DSC-TG、SEM和TEM等分析了煅烧和烧结过程中相组成的变化,烧成收缩和微观结构,结果表明:在氧化铝基体中添加80%(质量分数)平均粒径为5μm的SiC粒子,复合粉末经700℃煅烧后再成型,试样于1 600℃烧结,其相对体积质量可达93.8％。SiC粒子主要被包裹在Al2O3晶内形成“晶内型”纳米复合陶瓷。在烧结过程中由SiC氧化形成的SiO2包裹层与基质氧化铝反应形成的无定形莫来石前躯体可大大促进烧结;SiC埋料氧化形成的外壳可有效阻止烧结体内SiC的进一步氧化。