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功能陶瓷超微细粉体的制备及应用研究

袁颖  
【摘要】:本论文以功能陶瓷超微细粉体的制备及应用为研究目的,选取了当今功能陶瓷领域具有代表性的三种材料为主要研究内容。这三种材料分别为介质陶瓷与半导体陶瓷基础材料BaTiO_3、高温光学功能陶瓷材料MgAl_2O_4及Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3基无铅压电陶瓷材料。 针对目前国内工业化生产BaTiO_3粉体的草酸盐共沉淀法技术缺陷,系统地研究了反应物Ba/Ti摩尔比、合成温度、合成介质环境、合成的PH值、合成方法等工艺条件对产物BaTiO_3粉体纯度、Ba/Ti摩尔比及介电性能的影响,并从中优选出最佳合成条件。按照最佳合成条件合成的BaTiO_3粉体有害杂质少,纯度高达99.8wt%以上;一次粒子形貌近似球形,平均粒径约0.1~0.2μm;产物Ba/Ti摩尔比可在0.998~1.002之间加以控制。应用本研究改进的草酸盐共沉淀法制备的纯BaTiO_3陶瓷样品,其室温介电常数不低于4000,介质损耗小于1.0%。利用介电温谱、XRD、SEM、TEM分析手段研究了微米掺杂、液相掺杂与纳米粉体掺杂对BaTiO_3-Nb_2O_5-Co_3O_4体系X7R介质材料介电性能、烧结行为、微观结构与晶体结构的影响,并采用纳米粉体掺杂技术制备了室温介电常数大于5000,介质损耗低于1.5%的高性能X7R介质材料。 在MgAl_2O_4粉体合成与透明MgAl_2O_4尖晶石陶瓷材料研究方面,本论文采用多糖外凝胶法与改进的单醇盐溶胶-凝胶法在较低煅烧温度条件下获得了具有单一尖晶石相、超微细的MgAl_2O_4粉体。采用IR、DTA/TG、XRD、TEM分析手段,研究了前驱体凝胶结构、粉体合成过程中的化学过程、粉体的晶体结构及显微形貌等。利用单醇盐溶胶-凝胶法合成的MgAl_2O_4粉体,制备了具有一定透过率的MgAl_2O_4透明陶瓷,其在紫外波段的最高透过率为64%左右。采用紫外光谱仪、电光分析天平分别测定了所制备透明陶瓷的透过率、体积密度及吸水率。 针对ABO_3型A位复合钙钛矿结构铁电体Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3(简写为BNT),采用传统氧化物固相法与Pechini法合成了BNT粉体,用其制备了无铅压电陶瓷材料;通过BNT陶瓷的介电、压电、铁电性能测试与微观结构分析,研究了Bi~(3+)过量与BNT陶瓷微观结构及性能的关系;通过对BNT的A、B位离子复合取代,采用传统陶瓷工艺制备了二种新型BNT基无铅压电陶瓷;用XRD、SEM分析手段研究了这两种陶瓷的晶体结构、微观结构与组成的关系;测定了陶瓷的介电、压电、铁电性能参数,系统地研究了这些体系的组成与性能的关系,确定了体系最优的组成范围;通过测试介电常数、介电损耗与温度的关系曲线及不同温度条件下的电滞回线,分析讨论了这二种BNT基无铅压电陶


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