Y_2O_3-BaTiO_3-ZnO陶瓷的制备及其性能的研究

笔者采用传统的固相反应法,制备了掺入Y_2O_3的BaTiO_3-ZnO陶瓷,通过对所制备陶瓷样品的结构、常温介电、压电、铁电性能的分析发现:(1)与未掺入Y_2O_3的BaTiO_3-ZnO陶瓷相比,Y_2O_3的掺入减小了BaTiO_3-ZnO陶瓷的径向收缩率、密度和晶胞体积,同时使材料的晶系结构由立方相转变为四方相结构,Y~(3+)进入BaTiO_3-ZnO陶瓷晶格中并与之形成了固溶体;(2)Y_2O_3的掺入可以提高样品的矫顽场(Ec),但对材料压电系数变化不大,介电常数总体在减小,当未掺入Y_2O_3时,样品的介电常数最大(ε′=2577),样品的介电损耗最小(tanδ=0.0083)。     

(1-x)BaTiO3-xKNbO3陶瓷的制备及性能研究

采用复合溶胶凝胶法制粉技术结合传统陶瓷制备工艺,制备了(1-x)BaTiO_3-xKNbO_3陶瓷,对其晶相特征、介电及压电铁电性能进行了研究。在1250℃下烧结的陶瓷形成了单一相的钙钛矿结构固熔体。介电常数随着KNbO_3含量的增加先减小后增加,KNbO_3的加入降低了陶瓷的介电损耗。样品的居里温度也在120℃之间波动。KNbO_3的加入使样品的压电常数d_33值逐渐减小。样品BT的d_33值最大,为140pC/N。样品的剩余极化强度(Pr)随着KNbO_3含量的增加而减小,由7μC/cm~2降为3μC/cm~2;矫顽场强(EC)随KNbO_3含量的增加呈现出变小的趋势,样品BT-KN10的矫顽场强(E_C)为4kV/cm。     

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%。     

Co_2O_3掺杂对Pb(Ni_(1/3)Nb_(2/3))(Zr,Ti)O_3压电陶瓷电学性能及介电弛豫的影响

采用氧化物粉末固相烧结法制备Pb(Ni_(1/3)Nb_(2/3))0.5(Zr_(0.3)Ti_(0.7))0.5O_3–w Co_2O_3(0.5PNN–0.5PZT–w Co)压电陶瓷。研究了Co_2O_3掺杂含量对0.5PNN–0.5ZT压电陶瓷相结构、显微组织、电学性能及介电弛豫的影响。结果表明:Co~(3+)掺杂进入主晶体结构中占据了B位。当0.2%≤w≤0.8%(质量分数)时,样品为单一稳定的钙钛矿结构,存在准同型相界;通过修正Curie–Weiss定律,较好地描述了陶瓷弥散相变的特征,弥散相变系数γ随着Co_2O_3掺杂量的增加,先增加后减小,当w=0.4%时,γ达到最大值,表明样品的介电弛豫特征更为明显。样品具有最佳的综合电学性能,压电常数d33=675 p C/N,机电耦合系数kp=60%,介电常数εr和介电损耗tanδ分别约为5 765和1.16%,说明介电弛豫行为与电学性能相关。     

Y_2O_3透明陶瓷的性能及应用概述

立方结构的Y_2O_3材料无双折射效应,有利于透明陶瓷的制备,Y_2O_3陶瓷的光学透明性范围较宽,声子能量较低,易实现稀土离子的掺杂。同时,Y_2O_3材料具有优异的物理化学性能,有利于材料的实际应用。经研究,Y_2O_3透明陶瓷在高温窗口、红外头罩、闪烁、激光等众多领域有着巨大的商业应用价值。重点介绍Y_2O_3透明陶瓷和稀土掺杂的Y_2O_3透明陶瓷的制备工艺进展,对Y_2O_3材料在高温窗口、闪烁、激光应用等领域前景做出评估。     

Zr掺杂对BaTiO3陶瓷微观形貌及性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了锆掺杂的钛酸钡陶瓷,通过XRD、SEM等分析检测手段对所得锆钛酸钡陶瓷样品进行了表征。系统地研究了Zr掺杂对BaTiO_3基陶瓷相组成、微观形貌和介电性能的影响。结果表明,锆钛酸钡陶瓷样品均为单一的立方相钙钛矿结构,晶粒大小均匀,随着Zr掺杂量的增加,陶瓷晶粒尺寸先增大后减小,孔隙逐渐增多,介电常数先增大后减小,介电损耗先减小后增大。     

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。     

红外透明MgO–Y_2O_3纳米复相陶瓷研究进展

针对未来高马赫数导弹的发展趋势及红外窗口材料所面临的技术挑战,对比分析了当前几种常见的红外窗口材料。Mg O–Y_2O_3纳米复相陶瓷具有出色的中波红外透过性能、极低的高温辐射系数、优良的高温力学性能、适中的热学性能以及仅次于蓝宝石的抗热震性,使其有望成为未来高马赫数导弹红外窗口/整流罩的最佳候选材料。同时着重对Mg O–Y_2O_3纳米复相陶瓷的研究进展及其设计原理、制备方法和材料性能等做了综述和介绍,最后对其发展前景做了展望与分析。减小Mg O–Y_2O_3纳米复相陶瓷的晶粒尺寸有望实现该材料在可见光波段的应用,其力学性能也将进一步增强。真空烧结配合热等静压烧结的工艺路线有利于实现大尺寸、近净尺寸成型制备。     

ZrN–Si_3N_4–Y_2O_3复合材料的相组成（英文）

采用不同组分的Zr N、Si_3N_4和Y_2O_3混合粉末,在1 750℃高温固相反应合成Zr N–Si_3N_4–Y_2O_3复合材料,借助于X射线衍射仪表征6种按不同比例混合样品的物相组成。结果表明:在Zr N–Si_3N_4–Y_2O_3三元系统中,Zr N分别与Si_3N_4、Y_2O_3和Y2Si3O3N4(M相,黄长石结构)共存;M相为Si_3N_4和Y_2O_3在摩尔比为1:1时的产物,Zr N–Si_3N_4–Y_2O_3三元系统扩展为Zr N–Si_3N_4–Y_2O_3–Si O2四元系统,在该四元系统中,Zr N分别与M相、Y4Si2N2O7(J相,单斜Y4Al2O9结构)及Y5(Si O4)3N(H相,磷灰石结构)3种含钇硅酸盐及Si_3N_4、Y_2O_3共存。其中,J相和H相分别是Si2N2O(Si_3N_4和Si O2在摩尔比为1:1时的产物)和Y_2O_3在摩尔比分别为2:1和9:5时的产物。用Zr N–Si_3N_4–Y_2O_3体系相图可解析制备Zr N陶瓷和Zr N/Si_3N_4复合陶瓷的相组成。     

Fe_2O_3掺杂BaZr_(0.1)Ti_(0.9)O_3陶瓷介电性能的研究

采用传统固相法分别于1250℃、1280℃、1300℃、1330℃下制备了BaZr_(0.1)Ti_(0.9)O_3+xmol%Fe_2O_3(0≤x≤1.25)陶瓷样品。XRD结果表明,Fe~(3+)掺杂后的陶瓷样品均为钙钛矿结构。SEM表明,掺杂Fe~(3+)后陶瓷的晶粒尺寸减小。随着掺杂量的增加,陶瓷样品的体积密度ρv和介电常数ε先增大后减小,介质损耗tanδ先减小后增大。1300℃烧结,x=1.00%的陶瓷样品介电性能最好,ρv=6.03 g/cm3,ε=4560,tanδ=0.004。     

Ba(1-x)LaxTi(1-y)FeyO3陶瓷微观结构与介电性能研究

采用溶胶-凝胶法合成了Fe和La共掺杂BaTiO_3基陶瓷,并且用XRD与SEM对所合成的样品进行分析表征。考察了Fe和La掺杂量对BaTiO_3基陶瓷的相组成、表面形貌以及介电性能的影响。结果表明:BaTiO_3基陶瓷均呈现单一的钙钛矿结构;随着Fe和La的掺杂量的增加,BaTiO_3基陶瓷从四方相转变为立方相,陶瓷的晶粒尺寸呈现增大的趋势,室温介电常数先增大后减小,而室温介电损耗随着Fe和La的掺杂量的增大几乎没有影响。当Fe和La的掺杂量各为4mol%时,室温介电常数达到最大值6333,介电损耗较小约为0.016。     

中温烧结X9R型陶瓷电容器介质材料的研究

用溶胶-凝胶法制备Li-Ba-B-Si(LBBS)助烧剂粉体,通过固相法制备LBBS助烧剂添加BaTiO_3-Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3-Nb_2O_5(BT-NBT-Nb)介质陶瓷,研究LBBS助烧剂含量对BT-NBT-Nb陶瓷的烧结性能、相结构、微观结构及介温温度稳定性的影响。随着LBBS助烧剂含量的增加,介质陶瓷的烧结温度逐渐降低,平均晶粒尺寸先增大后减小,所有的样品的介温曲线都出现了双峰结构,室温介电常数先增加后减小,介电损耗逐渐减小。结果表明,添加剂含量为1.0 wt%～1.5 wt%的陶瓷样品能满足X9R特性(在-55～200℃范围内ΔC/C_(25℃)≤±15%)。当LBBS助烧剂添加量为1.0 wt%时,介质陶瓷性能最佳,室温介电常数为1266,介电损耗为0.018,烧结温度为1100℃,有望用于多层陶瓷电容器的介质陶瓷。     

Ce掺杂0.85Bi_4Ti_3O_(12)-0.15LiNbO_3铋层状铁电陶瓷的显微结构与性能(英文)

采用固相法制备CeO2掺杂改性0.85Bi4Ti3O12-0.15LiNbO3(BTO-LN)铋层状压电陶瓷。借助于X射线衍射和扫描电子显微镜研究了CeO2掺量与BTO-LN陶瓷晶体结构和电性能的关系。结果表明:所有陶瓷样品均为单一的正交相结构;随CeO2掺量的增加,陶瓷的晶粒尺寸变大,Curie温度TC由653℃下降到617℃;CeO2掺杂提高了样品的压电性能,压电常数d33随CeO2掺量的增加先增大后减小,相对介电常数εr表现出相反的变化趋势;当CeO2的掺入量为0.75%时,样品的电性能最佳,即d33=25pC/N,机械品质因数Qm=2 895,介电损耗tanδ=0.10%,TC=617℃。     

Er_2O_3掺杂对SrCaBi_4Ti_5O_(18)无铅压电陶瓷结构与电学性能的影响

采用传统固相合成法制备了SrCaBi_(4-x)Er_xTi_5O_(18)(SCBT-xEr,x=0.00,0.02,0.04,0.06)无铅压电陶瓷,研究了Er~(3+)掺杂量对陶瓷物相、微观结构、电学性能及高温稳定性的影响。XRD表明,Er~(3+)掺杂并没有改变SCBT-xEr陶瓷的晶体结构,所有样品均为单一的铋层状结构;通过电学性能分析,随着Er~(3+)掺杂量的增加,在室温下介电常数先增加后减小,居里温度(T_c)逐渐减小。当x=0.02,烧结温度为1180℃时,陶瓷的综合性能最佳,压电常数(d33)=23 pC/N,居里温度(T_c)=427℃;当退火温度达到300℃时,压电常数(d_(33))依旧保持在20 pC/N左右,说明材料具有较好的温度稳定性,材料可以在300℃的高温环境中应用。     

Ce掺杂0.85Bi4Ti3O12-0.15LiNbO3铋层状铁电陶瓷的显微结构与性能（英文）

采用固相法制备CeO2掺杂改性0.85Bi4Ti3O12-0.15LiNbO3(BTO-LN)铋层状压电陶瓷。借助于X射线衍射和扫描电子显微镜研究了CeO2掺量与BTO-LN陶瓷晶体结构和电性能的关系。结果表明:所有陶瓷样品均为单一的正交相结构;随CeO2掺量的增加,陶瓷的晶粒尺寸变大,Curie温度TC由653℃下降到617℃;CeO2掺杂提高了样品的压电性能,压电常数d33随CeO2掺量的增加先增大后减小,相对介电常数εr表现出相反的变化趋势;当CeO2的掺入量为0.75%时,样品的电性能最佳,即d33=25pC/N,机械品质因数Qm=2 895,介电损耗tanδ=0.10%,TC=617℃。     

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%。     

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。     

烧结保温时间对Ba(Zr_(0.1)Ti_(0.9))O_3-Zn-Nb陶瓷微观结构与介电性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备Y5V型Ba(Zr_(0.1)Ti_(0.9))O_3-Zn-No陶瓷,通过XRD、SEM等分析检测手段对样品进行表征。研究了烧结保温时间对Ba(Zr_(0.1)Ti_(0.9))O_3-Zn-No陶瓷相组成、微观结构、介电性能及介电弛豫的影响。结果表明:样品均为单一钙钛矿结构,且随着烧结保温时间的增加,陶瓷晶粒尺寸与介电常数增大,弥散相变系数(y)先增加后减小。     

铌酸铋锶基铋层状结构复相陶瓷的介电弛豫性能

采用分步固相烧结工艺制备(1–x)SrBi_2Nb_2O_9–xN_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3(SBN–NBT)铋层状结构复相无铅压电陶瓷。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜及介电和压电测试系统等对陶瓷样品的相结构、微观形貌和电性能进行表征。结果表明:样品均形成了钙钛矿结构(BLSF)相与铋层状结构相两相共存的复相结构,铋层状结构相随NBT引入量增多由SBN逐渐转变为2层与3层BLSF插层结构相,再转变为3层铋层状相。随着NBT组分增加,相变峰向高温移动,铁电–顺电相变峰值介电常数随之减小,相应的介电峰半高宽弥散度增大,铁电–顺电相变弥散程度增强。当x=0.4时,样品弥散因子γ达到1.95,表现出典型的弛豫铁电体相变特征;当x=0.1时,样品电性能达到最佳值:Curie温度TC、室温介电常数和d33分别达到474℃、177和13 p C/N。     

La~(3+)掺杂钛酸铋钠基无铅陶瓷的压电性能与介电弛豫行为

采用冷等静压成型和密闭烧结工艺,制备了具有微晶结构的稀土离子La3+掺杂0.9TNa0.5Bi0.5TiO3-0.03K0.5Na0.5NbO3基无铅压电陶瓷体系.研究了该体系陶瓷的相结构,显微结构与介电、压电性能.结果表明:在掺杂范围内(0.015≤x≤0.105),La3+可完全固溶进陶瓷晶格形成单一的钙钛矿相.采用等静压成型工艺可明显改善陶瓷的显微结构,使晶粒细化,进而提高材料的压电性能.该陶瓷具有弥散相变和频率色散特征,为典型的弛豫型铁电体.随着La3+掺杂量的增加,材料的铁电-反铁电相变温度下降,Curie温度提高,相对介电常数、介电损耗和压电常数逐渐减小,弛豫特征愈明显.