(La_(1-x)Sm_x)_2Zr_2O_7陶瓷材料制备、表征及介电性能

采用固相反应法制备了(La_(1-x)Sm_x)_2Zr_2O_7陶瓷材料,采用XRD和FT-IR技术分析了其晶体结构,用SEM技术分析了其显微组织,用阻抗仪测试其介电性能。结果表明,所制备(La_(1-x)Sm_x)_2Zr_2O_7陶瓷具有单一的焦绿石晶体结构,其显微组织致密,晶粒大小比较均匀,晶界十分干净。介电常数随掺杂量的增加而减小,介电常数的变化主要是由于分子总极化率随掺杂量的增加而减小。     

Gd、Zr双位掺杂Sm_2Ce_2O_7的热物理性能

以Sm_2O_3、Gd_2O_3、CeO_2和ZrO_2为原料,采用固相反应法制备了(Sm_(0.5)Gd_(0.5))_2(Ce_(0.7)Zr_(0.3))_2O_7陶瓷,采用X射线衍射法、扫描电子显微镜分析了其相结构及显微组织,采用激光脉冲法和推杆膨胀法测试了其热扩散及热膨胀性能。结果表明,本文成功合成了具有萤石结构的(Sm_(0.5)Gd_(0.5))_2(Ce_(0.7)Zr_(0.3))_2O_7陶瓷,其组织致密,且晶界清晰;小半径离子掺杂使其热膨胀系数小于Sm_2Ce_2O_7,但仍然满足热障涂层的要求;掺杂原子与基质原子之间质量及离子半径之间的差别使其具有较低的热导率。(Sm_(0.5)Gd_(0.5))_2(Ce_(0.7)Zr_(0.3))_2O_7有潜力用作新型热障涂层用陶瓷材料。     

(Sm1-xLa_x)_2(Zr1-yCe_y)_2O_7陶瓷材料介电性能与热导率

以Sm_2O_3, La_2O_3,ZrO_2和CeO_2等氧化物为原料,采用固相反应法制备双位掺杂(Sm_1-xLa_x)_2(Zr_1-yCe_y)_2O_7(x=0.5;y=0.1,0.2,0.3,0.4)陶瓷材料,研究了其晶体结构、显微组织、介电性能和热导率。结果表明,随着离子掺杂变化,该系列氧化物的结构发生了从焦绿石向萤石的转变。其显微组织比较致密,晶界清洁,但晶粒大小分布不均匀;且随掺杂离子元素含量的增加制备陶瓷材料的介电常数增大,热导率下降,热导率与介电常数成反比。     

Ti~(4+)掺杂对Sm_2Ce_2O_7氧化物的热物理性能影响

以Sm_2O_3、CeO_2和TiO_2氧化物为原料,采用高温固相反应烧结工艺制备Sm_2(Ce_(1-x)Ti_x)_2O_7氧化物。使用X射线衍射仪和电子扫描显微镜分析样品的相组成和微观结构。采用激光脉冲法和推杆膨胀法测试样品的热导率和热膨胀系数。结果表明,Sm_2(Ce_(1-x)Ti_x)_2O_7氧化物具有单一的萤石结构,显微组织致密,晶界清晰。其热导率和热膨胀系数均随TiO2掺杂量的增加而降低,但仍能满足热障涂层的热性能要求。制备的Sm_2(Ce_(1-x)Ti_x)_2O_7氧化物具有用作新型热障涂层表面陶瓷层材料的潜力。     

Ce微量掺杂Sm_2Hf_2O_7氧化物的热物理性能

以高纯度Sm_2O_3、HfO_2和CeO_2为原材料,采用高温固相反应法制备了Sm_2(Hf_(1-x)Ce_x)_2O_7氧化物,对其相组成、热膨胀性能和热导率进行了研究。结果表明,成功合成了具有单一焦绿石结构的Sm_2(Hf_(1-x)Ce_x)_2O_7氧化物。由于元素掺杂所引起的声子散射加剧,该系列氧化物热导率随着Ce~(4+)含量增加而降低。由于Ce和Hf之间电负性差别,该系列氧化物的热膨胀系数随Ce~(4+)含量增加而降低。该系列氧化物的热膨胀系数和热导率满足热障涂层的要求。     

Sm_xCe_(1-x)O_(2-x/2)(x=0.05,0.1,0.15)陶瓷的热物理性能

以Sm_2O_3和Ce(NO_3)·6H_2O为原料,采用溶胶凝胶法和固相烧结法合成了Sm_xCe_(1-x)O_(2-x/2)陶瓷材料。研究了材料的相结构和显微组织,热导率和热膨胀。结果表明:合成的Sm_xCe_(1-x)O_(2-x/2)陶瓷纯净并具有单一的萤石结构。其显微组织致密,晶界清晰。Sm_2O_3掺杂能降低CeO_2的热导率,其1000℃时的热导率在2.2~2.6 W/m·K之间,与氧化钇部分稳定氧化锆的热导率相当;Sm_xCe_(1-x)O_(2-x/2)陶瓷的热膨胀随Sm_2O_3含量的增加而降低,其1200℃时的热膨胀系数大于13×10~(-6)/K。     

Sm_2O_3掺杂对BZT基陶瓷介电性能的影响

以BaCO_3、ZrO_2和TiO_2为主要原料,Sm_2O_3为掺杂剂,采用固相反应法制备了Ba(Zr_(0.1)Ti_(0.9))O_3陶瓷材料,利用扫描电镜等仪器研究了Sm_2O_3加入物对体系微观形貌影响。结果发现:当陶瓷烧结温度为1280℃且Sm_2O_3掺杂量低于0.01 mol时,Sm3+进入晶格A位,但随着Sm_2O_3掺杂量的增加,Sm~(3+)越来越倾向于进入晶格B位,居里温度向室温移动;在Sm_2O_3掺杂量为0.01 mol时,锆钛酸钡陶瓷的相对介电常数达到最高值6561.57。     

Yb_2O_3和Sm_2O_3复合掺杂对锆钛酸钡陶瓷介电性能的影响

以碳酸钡、二氧化锆、二氧化钛等为原料,以Sm_2O_3为掺杂剂和掺杂量为0.5mol%Y_2O_3的锆钛酸钡陶瓷材料为研究对象,采用传统固相法分别于1250℃、1280℃、1300℃、1330℃下制备了陶瓷样品,研究Sm_2O_3加入物对体系介电性能和微观形貌的影响。结果表明,Sm~(3+)掺杂后的陶瓷样品主晶相不变,均为钙钛矿结构;掺杂能起到改善介电常数与介电损耗的作用,随着Sm_2O_3掺杂量的增加,陶瓷样品的介电常数最高至6623.49,而介电损耗最低至0.0145;掺杂还可以改变BZT陶瓷的介电性能,居里温度向室温方向移动,当Sm_2O_3掺杂量x=0.005 mol时,陶瓷样品的介电性能最好。     

Ba（1-x）CaxT0.95Zr0.05O3陶瓷相变和微观结构研究

采用固相合成法制备了系列Ca掺杂的Ba_（1-x）Ca_xT_（0.95）Zr_（0.05）O_3（x=0.1～1.0）（BCZT）陶瓷。通过XRD和SEM研究了Ca掺杂对BCZT陶瓷物相和微观结构的影响。结果表明,当Ca掺杂量较少时（x=0.1～0.2）,BCZT陶瓷为单一四方相钙钛矿结构;当Ca掺杂量较大时（x=0.9～1.0）,BCZT陶瓷为单一正交相钙钛矿结构。当Ca掺杂量为x=0.3～0.9）、时,BCZT陶瓷出现两相共存的过程。随Ca掺杂量增加,BCZT陶瓷晶粒尺寸先变小然后增大,相对密度逐渐增大;当x=1.0时相对密度达到最大值98%。     

Ba（1-x）CaxT0.95Zr0.05O3陶瓷相变和微观结构研究

采用固相合成法制备了系列Ca掺杂的Ba_（1-x）Ca_xT_（0.95）Zr_（0.05）O_3（x=0.1～1.0）（BCZT）陶瓷。通过XRD和SEM研究了Ca掺杂对BCZT陶瓷物相和微观结构的影响。结果表明,当Ca掺杂量较少时（x=0.1～0.2）,BCZT陶瓷为单一四方相钙钛矿结构;当Ca掺杂量较大时（x=0.9～1.0）,BCZT陶瓷为单一正交相钙钛矿结构。当Ca掺杂量为x=0.3～0.9）、时,BCZT陶瓷出现两相共存的过程。随Ca掺杂量增加,BCZT陶瓷晶粒尺寸先变小然后增大,相对密度逐渐增大;当x=1.0时相对密度达到最大值98%。     

BCZT-xBi_2O_3无铅压电陶瓷性能的研究

选取传统高温固相反应合成法制备出Bi_2O_3掺杂的无铅压电陶瓷材料Ba_(0.85)Ca_(0.15)Zr_(0.08)Ti_(0.92)O_3-xBi_2O_3(BCZT-x Bi,x=0~0.15)。采用扫描电子显微镜、准静态压电常数测试仪等一系列检测手段,探讨了Bi_2O_3掺杂对BCZT基无铅压电陶瓷微观组织和电学性能产生的作用,从SEM图像得知,陶瓷的晶粒尺寸随着Bi_2O_3掺杂量的增多先逐渐变小后略微有所增大,XRD图谱则表明,掺杂量不等的Bi~(3+)均能够弥散进入钛酸钡晶格中,能完整固溶于BCZT陶瓷,并且材料具有典型的钙钛矿相结构。当Bi_2O_3掺杂量为0.15 mol%时,此无铅压电陶瓷材料拥有较好的介电性能,介电损耗tanδ的值仅是1.2%,介电常数ε_r的值是5100;当没有掺杂Bi_2O_3时,此陶瓷的压电性能最优,压电系数的值d_(33)=386 p C/N,机电耦合系数的值K_p=44.8%。     

Li2Zn2(Mo1–xWx)3O12陶瓷的制备及其微波介电性能

采用固相反应法制备Li_2Zn_2(Mo(1–x)W_x)_3O_(12)陶瓷,研究了其相组成、显微组织及微波介电性能的变化规律。结果表明:当W6+取代量在0～0.1范围内,Li_2Zn_2(Mo(1–x)W_x)_3O_(12)陶瓷均显示出单相钒铁铜矿结构,形成了Li_2Zn_2(Mo(1–x)Wx)_3O_(12)固溶体。随着W~(6+)代量增加,Li_2Zn_2(Mo(1–x)W_x)_3O_(12)陶瓷的相对密度、介电常数和Q×f值均先增大后减小,其τ_f值则逐渐增大。当W6+取代量为0.025时,Li_2Zn_2(Mo_(0.975)W_(0.025))_3O_(12)陶瓷经630℃烧结2 h后具有较好的微波介电性能:ε_r=10.75,Q×f=630 95 GHz,τ_f=–65×10~(-6)/℃。     

Co_2O_3掺杂对BCZT基无铅压电陶瓷组织与电性能的影响

以传统固相烧结合成法制备出Co_2O_3掺杂的无铅压电陶瓷材料Ba_(0.85)Ca_(0.15)Zr_(0.1)Ti_(0.9)O_3-xCo_2O_3(BCZT-xCo,x=0~0.15 wt%)。通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)以及其他分析方法研究Co_2O_3掺杂量对制备的BCTZ无铅压电陶瓷的压电性能、介电性能、相组成以及微观结构的影响。结果表明,所有样品均具有纯钙钛矿相结构。随着Co_2O_3掺杂量的增加,晶粒尺寸、介电损耗tanδ、压电系数d_(33)和平面机电耦合系数k_p逐渐减小,而介电常数ε_r逐渐增加。当x=0 wt%时,BCZT-xCo无铅压电陶瓷具有最佳压电性能:d_(33)=420 pC/N,k_p=40%;x=0.15%时,BCZT-xCo无铅压电陶瓷具有最佳介电性能:ε_r=5,100,tanδ=1.4%。     

Sr和Mn复合掺杂对Ca_(0.3)(Li_(1/2)Sm_(1/2))_(0.7)TiO_3微波介电性能的影响

采用固相法,选择SrCO_3和MnO_2通过A/B位复合掺杂Ca_(0.3)(Li_(1/2)Sm_(1/2))_(0.7)TiO_3体系,制备了(Ca_(15/16)Sr_(1/16))_(0.3)(Li_(0.5)Sm_(0.5))_(0.7)Ti_(1-x)Mn_xO_3微波介质陶瓷,研究了Sr~(2+)含量固定为1/16时,不同Mn~(4+)含量对陶瓷微波介电性能的影响。结果表明,复合掺杂使陶瓷致密化温度由1 300℃逐渐降低至1 200℃,随着Mn掺杂量增加,晶胞体积和晶粒尺寸均略有减小,陶瓷致密度逐渐提高。(Ca_(15/16)Sr_(1/16))_(0.3)(Li_(0.5)Sm_(0.5))_(0.7)Ti_(0.94)Mn_(0.06)O_3陶瓷在1200℃烧结5h具有优良的微波介电性能:相对介电常数ε_r=113,品质因数Q_f=4705 GHz,谐振频率温度系数τ_f=36 ppm/℃。     

Zn1-xCax(Ti0.6Zr0.4)Nb2O8陶瓷的微波介电性能

采用传统固相反应法制备Zn_(1–x)Ca_xTi_(0.6)Zr_(0.4)Nb_2O_8(x=0.05,0.10,0.20,0.30)微波介质陶瓷,研究了不同Ca~(2+)取代量对Zn_(1–x)Ca_xTi_(0.6)Zr_(0.4)Nb_2O_8陶瓷的物相组成、显微结构及微波介电性能的影响,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和网络分析仪等对其晶体结构、微观形貌及微波介电性能进行表征。结果表明:Ca~(2+)取代Zn~(2+)会导致Ca Nb_2O_6第二相的形成,且随Ca~(2+)含量的增加,ZnTiNb_2O_8相含量减少;Ca Nb_2O_6相的含量增加,导致Zn_(1–x)Ca_xTi_(0.6)Zr_(0.4)Nb_2O_8陶瓷的介电常数和品质因数减小,谐振频率温度系数向正方向移动。当x=0.3时,Zn_(1-x)Ca_xTi_(0.6)Zr_(0.4)Nb_2O_8陶瓷在1 140℃烧结并获得最佳微波介电性能:ε_r=30.42,Q×f=47 280 GHz,τ——f=–25.37×10~(–6)/℃。     

低温烧结Bi_2MoO_6-Bi_2Mo_2O_9陶瓷的微波介电性能

采用氧化物固相反应法制备x≤30%(质量分数)的不同xBi_2MoO_6-(1-x)Bi_2Mo_2O_9介质陶瓷材料,研究了Bi_2MoO_6掺入对Bi_2Mo_2O_9晶相结构、显微形貌和介电性能的影响。结果表明:烧结后陶瓷均为Bi_2MoO_6正交和Bi_2Mo_2O_9单斜两相混合,Bi_2MoO_6加入量对晶体结构和晶粒尺寸有明显影响;随着x的增大,xBi_2MoO_6-(1-x)Bi_2Mo_2O_9陶瓷的相对介电常数(ε_r)、品质因素(Qf)和谐振频率温度系数(τ_f)减小。0.3Bi_2MoO_6-0.7Bi_2Mo_2O_9在640℃空气下烧结2h,谐振频率7.72 GHz、ε_r=30.2、Qf=10 725 GHz、τ_f=1.6×10~(-6)/℃,具有优良的微波介电性能。     

Na_(0.25)K_(0.25)Bi_(2.5)Nb_2O_9-xCaTiO_3铋层状陶瓷的结构与性能

采用传统固相法制备Na_(0.25)K_(0.25)Bi_(2.5)Nb_2O_9-x mol%CaTiO_3(NKBN-CT,x=0,0.7,1.0,2.0,3.0,4.0)铋层状无铅压电陶瓷材料。本文系统研究了CaTiO_3掺杂对Na_(0.25)K_(0.25)Bi_(2.5)Nb_2O_9基陶瓷物相结构、微观结构以及电性能的影响。结果表明:所有陶瓷材料样品均为单一的铋层状结构。随着CaTiO_3掺量的增加,Curie温度T_c呈增高趋势(653~665°C),压电常数d_(33)先增大后减小;当x=1.0时,样品的电性能达到最佳值,即d_(33)=25pC/N,介电损耗tanδ=0.42%,机械品质因数Q_m=2845,T_c=659℃。退极化研究表明NKBN-CT陶瓷样品的压电性能具有良好的热稳定性,说明CaTiO_3掺杂改性Na_(0.25)K_(0.25)Bi_(2.5)Nb_2O_9基系列陶瓷具有高温领域应用的潜力。     

Na_3Zr_(2-x)Mg_xSi_(2-2x)P_(1+2x)O_(12)系统的相关系和电性能

研究了Na_3Zr_(2-x)Mg_xSi_(2-2x)P_(1+2x)O_(12)系统的组成、结构和电性能。结果表明:Mg~(2+)能在一定的组成范围内取代Na_3Zr_2Si_2PO_(12)中的Zr~(4+)形成固溶体,单相固溶体区域延伸至x=0.5;当x=0.4时固溶体的结构由单斜转变为三方。固溶体的电导率随x的增加而降低。本文还从结晶化学的角度讨论了Na_3Zr_(2-x)Mg_xSi_(2-2x)P_(1+2x)O_(12)系统的组成、结构和电性能的关系。     

Y掺杂Ca_(1-x)Y_(2x/3)Cu_3Ti_4O_(12)陶瓷的制备及其介电性能研究

采用固相反应法制备了Y掺杂的CaCu_3Ti_4O_(12)(CCTO)陶瓷,研究了Y掺杂量对Ca_(1-x)Y_(2x/3)Cu_3Ti_4O_(12)(x=O%,1%,3%,5%)陶瓷的物相结构、微观形貌和介电性能影响,对Y掺杂影响CCTO陶瓷介电性能的机理进行了分析。结果表明:Y掺杂量在1~5 mol%时对CCTO陶瓷的相结构基本无影响;然而,当Y掺杂量达到3 mol%时,CCTO陶瓷的晶粒长大被明显抑制。Y掺杂量为1~3 mol%时,不仅可以提高CCTO陶瓷的介电常数,而且可以同步降低其介电损耗,从而有助于CCTO陶瓷的综合介电性能的提升。     

低温B_2O_3掺杂对Ba_4Sm_(9.33)Ti_(18)O_(54)微波介质陶瓷性能的影响

为降低Ba_4Sm_(9.33)Ti_(18)O_(54)(BST)微波介质陶瓷的烧结温度,研究了B_2O_3掺杂对其烧结性能、物相组成、显微结构及介电性能的影响。结果表明:少量B2O3的引入未改变陶瓷的晶相组成,主晶相为Ba_(6-3x)Sm_(8+2x)Ti_(18)O_(54)固溶体,适量B_2O_3不仅能显著地降低BST陶瓷的烧结温度至1180℃,而且能提高其介电性能;随着B_2O_3添加量的继续增加,有烧绿石结构的Sm_2Ti_2O_7相出现并逐渐增多。当B_2O_3添加量为0.25 wt%,在1180℃温度烧结3 h时,BST陶瓷获得优异的微波介电性能:ε_r=76.58,Q·f=6794.24 GHz,τ_f=-7.06×10~(-6)/℃。