BZT-xBCT陶瓷溶胶-凝胶方法合成、烧结及电学性能

采用溶胶-凝胶方法制备不同组分的(1-x)Ba(Zr_(0.2)Ti_(0.8))O_3-x(Ba_(0.7)Ca_(0.3))TiO_3(BZT-xBCT,0.3≤x≤0.7)纳米粉体并进行常压烧结,研究了BZT-xBCT粉体、陶瓷的结构及其电学性能。结果表明:溶胶-凝胶方法合成的BZT-xBCT粉体具有单一钙钛矿结构,晶粒细小均匀(约为50nm)。与常规固相反应法相比,溶胶-凝胶方法提高了BZT-xBCT粉体的烧结活性,烧结后的陶瓷致密度高(密度5.46g/cm3),且具有优异的电学性能(BZT-0.5BCT陶瓷的压电系数d33=465pC/N、最大介电常数εmax=8450、剩余极化强度2Pr=23.40μC/cm2)。不同组分的BZT-xBCT陶瓷均表现出介电弛豫现象,随着BCT组分的增加,其Curie温度逐渐升高。     

流延工艺对BSZT-0.02MgO陶瓷微结构和性能的影响

采用溶胶凝胶法制备BSZT陶瓷粉,将Mg O粉体以2%摩尔比固相法掺入BSZT陶瓷粉中,研究不同流延工艺对Ba0.3Sr0.7Zr0.18Ti0.82O3(BSZT)-0.02Mg O陶瓷微结构和电学性能的影响。研究结果表明,适当的烧结温度和优化的流延成型工艺能有效改善陶瓷的电学性能,提高击穿强度和储能密度,本实验击穿强度达到233.33 k V/cm,储能密度达到1.539×106Jm-3。     

两种方法制备BaTiO3陶瓷组织性能比较

制备钛酸钡粉体主要有两种方法,目前还没有文献对两种制备方法进行系统比较,本文采用两种方法即溶胶凝胶法和固相反应法制备钛酸钡粉体,并对粉体的微观形貌和相组成进行比较分析,结果表明两种方法均能成功制备钛酸钡粉体,而溶胶凝胶法制备的粉体由于颗粒细小均匀,因此性能优于固相反应法制备的粉体.分别将两种方法所得粉体经成型烧结制备陶瓷,并对其进行性能检测和微观形貌观察,结果表明采用溶胶凝胶法所得粉体制备的陶瓷由于晶粒发育良好、结构紧密及气孔较少.因此具有较高的体积密度及优良的PTc性能,其体积密度p=3.11g/cm3,室温电阻率p=60Ω·cm,电阻温度系数α25=1 6.7%·℃-1.     

Sm1-xSrxFe0.7Cr0.3O3-δ 陶瓷的导电性能与热膨胀性能

本文探讨了采用离子半径较小的Sm~(3+)代替La_(0.3)Sr_(0.7)Fe_(1-x)Cr_xO_(3-δ)中的La~(3+)以降低这类阴极材料热膨胀系数的可行性。采用甘氨酸-硝酸盐法合成了Sm_(1-x)Sr_xFe_(0.7)Cr_(0.3)O_(3-δ)(x=0.5~0.7)粉体,在1350°C下烧结得到陶瓷样品。测试结果表明,陶瓷样品的相对密度均达到95%以上;在700°C下,陶瓷样品的电导率为~44 S×cm~(-1);在40°C~1000°C温度范围内,陶瓷样品的平均热膨胀系数为12.8×10~(-6)K~(-1)~14.1×10~(-6)K~(-1)。     

固体氧化物燃料电池电解质材料 Ce0.8Sm0.2-xCuxO1.9-δ的制备与性能研究

以硝酸铈、硝酸铜、硝酸钐为原料,柠檬酸为络合剂,采用溶胶-凝胶法制备了固体氧化物燃料电池(SOFCs)电解质材料Ce0.8 Sm0.2-x Cux O1.9-δ(x=0、0.02、0.04、0.08、0.12、0.16、0.20),并通过红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、交流阻抗(AC)等技术对样品进行了分析表征.结果表明,采用溶胶-凝胶法经600℃煅烧所得粉体呈现出单相的立方萤石结构,超细粉体Ce0.8 Sm0.2-x Cux O1.9-δ具有较高的烧结活性.经1500℃烧结3 h后得到的Ce0.8 Sm0.2-x Cux O1.9-δ系列电解质陶瓷,其相对密度均大于95％.电化学性能研究表明,Sm、Cu双掺杂可以提高CeO2基电解质的性能.其中,Ce0.8 Sm0.18 Cu0.02 O1.89电导率最大,在800℃时达到0.06 S/cm,活化能为0.33 eV.     

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/℃。     

溶胶凝胶法制备Ce_(0.8)Y_(0.2-x)Ca_xO_(2-δ)电解质材料及其性能

采用溶胶-凝胶法制备出Ce0.8Y0.2-x Cax O2-δ(0.02≤x≤0.10)系列电解质材料。通过红外、热重、X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、交流阻抗和热膨胀系数测试对试样进行分析。结果表明:采用溶胶-凝胶法经600℃煅烧所得粉体形成了单相立方萤石结构,平均晶粒尺寸在5~10nm之间;Ce0.8Y0.2-x Cax O2-δ超细粉体具有较高的烧结活性,在1 400℃烧结得到的Ce0.8Y0.2-x Cax O2-δ系列电解质陶瓷的相对密度均大于96%。在该系列材料中,Ce0.8Y0.1Ca0.1O1.85具有良好的离子导电率、较低的电导活化能和适中的热膨胀性能。它在800℃时的离子电导率为0.041S/cm,电导活化能为0.81eV,热膨胀系数为13.5×10-6 K-1(常温~800℃)。     

络合溶胶-凝胶法合成磷酸盐材料CaZr4(PO4)6

用络合溶胶-凝胶法合成了化学组成为CaZr4(PO4)6(CZP)的NaZr2(PO4)3(NZP)族磷酸盐陶瓷的粉体.初步研究了制备条件对粉体物相和粒径及粒径分布的影响.添加ZnO为烧结助剂,将CZP粉体在950℃下烧结成陶瓷,测定和观察所制备陶瓷的相对密度、平均热膨胀系数、抗压强度和显微结构.结果表明:络合溶胶-凝胶法合成的前驱物经700℃煅烧能得到单相CZP粉体,该粉体具有良好的低温烧结活性.在950℃下烧结得到的CZP陶瓷的相对密度达84%,从室温至900℃的平均热膨胀系数为1.4x10-6/℃,属于低热膨胀陶瓷.     

Cr缺位对Pr0.7Ca0.3CrO3-δ 基连接材料性能的影响

采用柠檬酸燃烧法合成一系列Pr_(0.7)Ca_(0.3)Cr_(1-x)O_(3-δ)连接材料,利用X射线衍射和扫描电子显微镜对材料的物相和微观形貌进行表征,四端子探针法测量样品的电导率,热膨胀仪测定热膨胀系数。结果表明:Cr缺位对材料Pr_(0.7)Ca_(0.3)CrO_(3-δ)物相结构没有影响;Cr缺位提高材料的烧结性能。x=0.07的样品,1400℃烧结5h,相对密度达98%;700℃时,样品在空气和氢气气氛的电导率分别为34和17S/cm;样品的热膨胀系数为9.6×10~(–6)/K,与YSZ(8mol%Y_2O_3-ZrO_2)电解质的热膨胀系数接近。意味着Cr缺位Pr_(0.7)Ca_(0.3)Cr_(1-x)O_(3-δ)材料体系是固体氧化物燃料电池有潜力的陶瓷连接材料。     

溶胶渗透对BST-Ba_4Ti_(13)O_(30)复合陶瓷烧结及介电性能的影响

采用混相烧结法制备了x vol%Ba_(0.6)Sr_(0.4)TiO_3-(100-x) vol%Ba_4Ti_(13)O_(30)(x=8～24)复合陶瓷(记为BSTBT/4/13),研究了相组成、Ba TiO_3溶胶渗透对复合陶瓷的烧结、介电性能的影响。研究结果表明:随着BST含量的降低,BST-BT/4/13复合陶瓷的烧结性能提高、介电常数及调谐率降低;BaTiO_3溶胶渗透工艺可以提高烧结性能、调谐率及温度稳定性,尤其可以显著降低低频(1 KHz)下的介电损耗。组分x=16试样经溶胶渗透处理可获得较好的综合性能:1240℃的烧成温度、0.02的损耗(1 KHz)及在直流偏置场强为10 kV/cm下可达3.5%的调谐率。     

ZnO-B_2O_3-SiO_2微晶玻璃的制备及其低温共烧特性研究

为了满足微波电路小型化、集成化、低成本的发展要求,出现了低温烧结微波介质陶瓷.目前LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics)技术已被广泛地应用于无线通讯系统中.通过溶胶-凝胶法制备了ZnO-B2O3-SiO2低熔玻璃,经过800℃热处理微晶化后添加到0.3BaZrO3-0.7(Mg0.7Zn0.3)2SiO4复合陶瓷相中,以达到低温烧结的目的.讨论了pH值、温度对凝胶化过程的影响,并通过FTIR和XRD分析了凝胶、玻璃和微晶之间的转变及其结构的变化.研究发现:控制溶胶pH值为0.5,凝胶温度为60℃以及热处理温度为800℃,可以得到稳定的ZnO-B2O3-SiO2微晶玻璃粉末;将其掺入到0.3BaZrO3-0.7(Mg0.7Zn0.3)2SiO4复合陶瓷相中可以将烧结温度降至900℃.低熔微晶玻璃对陶瓷相的润湿性能良好,在较低温度下产生的液相有利于促进微晶玻璃+陶瓷体系的烧结.     

(0.94-x)Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3-x(K_(0.9)Na_(0.1))NbO_3-0.06BaTiO_3无铅陶瓷的结构与电储能特性研究

采用固相法制备了(0.94-x)Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3-x(K_(0.9)Na_(0.1))NbO_3-0.06BaTiO_3((0.94-x)BNT-x KNN-0.06BT,x=0,0.03,0.06,0.09,0.12,0.15)无铅储能陶瓷,系统研究了(K_(0.9)Na_(0.1))NbO_3(KNN)添加量x对陶瓷相结构、微观结构和电储能特性的影响。X射线衍射(XRD)分析结果表明:当x≤0.03时,陶瓷为纯立方钙钛矿结构,而当x≥0.06时,出现第二相。扫描电子显微镜(SEM)结果显示各陶瓷具有高的致密度。采用HP4294精密阻抗分析仪测试了陶瓷的介电性能,采用美国Radiant铁电分析仪测试了陶瓷的电滞回线并计算了其储能密度和能量效率。结果表明在1120℃烧结温度下制备的(0.94-x)BNT-x KNN-0.06BT陶瓷,当x=0.03时,陶瓷具有优异的性能:相对介电常数ε_(33)~T/ε_0=2440,介电损耗tanδ=5.1%,在外加电场90 k V/cm条件下,其有效储能密度γ达到1.43 J/cm~3,且具有较高的能量效率η=72.5%,表明该陶瓷可应用在高压储能陶瓷电容器中。     

钙–硼共掺铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的微波制备及性能

采用传统固相技术和微波技术合成铌酸钾钠基陶瓷(Na_0.535K_0.48)Nb_0.91Sb_0.09O₃ (NKNS)粉体,用微波技术合成的粉体为原料,分别采用传统烧结和微波烧结制备(Na_0.535K_0.48)Nb_0.91Sb_0.09O₃+x%CaO–B₂O₃ (NKNS–x CB)陶瓷样品,并研究了掺杂剂含量、两种烧结工艺对陶瓷相结构和性能的影响。结果表明:在相同温度下,微波技术合成NKNS陶瓷粉体所用的时间是传统固相技术所用时间的1/6。与传统烧结相比,微波烧结使NKNS–x CB陶瓷的烧结时间缩短3/4,且在相同的温度下微波烧结的样品具有较高的致密度和较好的电学性能。x=0.50的陶瓷样品在1 020℃微波烧结30 min具有优异的电学性能:d₃₃=225 pC/N,k_p=40.2...     

Mg4Nb2O9/CaTiO3复合介质陶瓷的结构和介电性能

以1.7%(质量分数)V2O5为烧结助剂,采用传统固相反应法制备了(1-x)Mg4Nb2O9 xCaTiO3[(1-x)MN-xCT]颗粒复合微波介质陶瓷.研究了陶瓷的微观结构和微波介电性能.结果表明:当0.5≤x≤0.7时,经1 150℃烧结5 h制备的(1-x)MN-xCT样品仍为Mg4Nb2O9和CaTiO3相,没有生成其它新相,在不同相之间存在元素扩散.当x从0.3增加到0.7,样品的相对介电常数(εr)和谐振频率(f)温度系数(τf)随x值的增加而增大,而品质因数(Q)却随x增大而降低.当x=0.5,1 150℃烧结5h后,获得的0.5Mg4Nb2O9/0.5CaTiO3 1.7%V2O5微波介质陶瓷的εr=20,Qf=48000 GHz(f=8 GHz),τf=12×10-6/℃.     

流延法制备高致密固态电解质LATP的研究

采用溶胶凝胶法合成了超细固态电解质Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3(LATP)前驱体粉体,通过配制浆料和流延工艺制备了加工性能良好的LATP素坯体。利用差示扫描量热分析了LATP前驱体的热分解过程,采用X射线衍射、扫描电镜、交流阻抗法对不同烧结工艺条件下LATP玻璃-陶瓷片的结构、形貌和电导率进行分析表征。结果表明,采用溶胶凝胶法制备的LATP前驱体粉体的平均粒径为200 nm,且分布均匀。纳米级的粒径尺寸使得LATP前驱体粉末在烧结过程中具有更好的反应活性,结晶温度比固相烧结法制备的LATP下降了150℃,烧结性能好。通过优化烧结工艺,制备的LATP玻璃陶瓷体的相对密度高达99%,室温电导率为2.19×10-4S·cm-1。     

溶胶-凝胶法合成Ba0.6Sr0.4TiO3/MgO及介电性能研究

采用溶胶-凝胶法合成了Ba_(0.6)Sr_(0.4)TiO_3/MgO复合粉体,研究了烧结温度和合成工艺对陶瓷样品介电性能的影响。研究结果表明,经650℃热处理即可得到颗粒细小均匀的超细Ba_(0.6)Sr_(0.4)TiO_3/MgO粉体,平均粒径在200 nm左右。烧结温度对陶瓷样品的介电生能有明显的影响,1300℃烧结的陶瓷样品具有优良的性能。与二步合成工艺相比,一步合成工艺制备的陶瓷样品具有更好的介(?)性能。     

BaxSr1-xTiO3的EDTA-柠檬酸法合成、制备及介电性能

以EDTA和柠檬酸为复合络合剂,采用溶胶-凝胶法合成了BaxSr1-xTiO3(x=0.5,0.6,0.7)粉体。采用TG-DSC、XRD、SEM对粉体的合成过程、晶体结构及颗粒形态进行了表征。采用固相法制备了BaxSr1-xTiO3陶瓷,并对陶瓷的烧结性能和介电性能进行了研究。研究结果表明,经550℃热处理即可得到单一钙钛矿结构的超细粉体,粉体颗粒分布均匀,平均粒径在100nm左右。在1250￣1300℃烧结的陶瓷样品平均粒径为3￣5μm,相对密度达到95%以上。陶瓷样品在室温下处于顺电相,在同一频率下其相对介电常数随Sr含量的增加而变大。在室温和1kHz的条件下,x=0.5、x=0.6和x=0.7的陶瓷样品的相对介电常数分别为1540、3220和4750,介电损耗分别为0.2%、0.2%和2.1%。     

溶胶凝胶法制备Li和Mn共掺杂Nio基陶瓷材料及其电学性能研究

当前对掺杂氧化镍基陶瓷材料的制备采用固相反应法,固相法烧结时间长,能耗大,所得材料均匀性差,导致陶瓷材料的电性能有所降低,针对这种缺陷,本文用溶胶凝胶制备工艺制备Li_(0.05)Mn_xNi_((1-0.05-x))O系列陶瓷材料,研究其电学性能。     

溶胶凝胶法制备Ca_(1-x)Gd_xMoO_4及其性能

利用溶胶-凝胶法制备了白钨矿结构复合氧化物Ca_(1-x)Gd_xMoO_4粉体。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、电化学阻抗谱(EIS)等测试手段对其结构、形貌和电性能进行了表征。结果表明采用溶胶凝胶法经900℃煅烧后成功制备出了具有白钨矿结构的掺杂CaMoO_4粉末,所得的粉体具有良好的烧结活性,经1250℃烧结后得到的Ca_(1-x)Gd_xMoO_4系列电解质陶瓷具有较好的离子导电率。800℃时候的离子电导率约为7.56×10~(-3)S·cm~(-1)。在中低温固体氧化物燃料电池中具有潜在应用价值。     

Ca_(1-x)Sm_xWO_(4+δ)电解质材料的制备及性能

利用溶胶-凝胶法制备了Sm掺杂CaWO_4电解质粉体Ca_(1-x)Sm_xWO_(4+δ)。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、电化学阻抗谱(EIS)等手段对其结构、形貌和电性能进行了测试。结果表明采用溶胶凝胶法经900 ℃煅烧后成功制备出了具有白钨矿结构的复合Ca_(1-x)Sm_xWO_(4+δ)粉末,所得的粉体具有良好的烧结活性,经1250 ℃烧结后得到的电解质陶瓷具有较好的离子导电率。800 ℃时Ca_(0.8)Sm_(0.2)WO_(4+δ)的电导率约为1.15×10~(-3)S·cm~(-1),在固体氧化物燃料电池电解质材料中有潜在应用价值。