Yuan Changlai

烧结温度和CaTiO 3 添加对不稳定层状Ca n +1 TinO 3 n +1 ( n = 1)陶瓷体系结构与介电性能的影响

采用固相反应法制备了Ca 2 TiO 4 + x wt% CaTiO 3 ( x =0、0.8、1.6和3.2)陶瓷, 并分析了其相组成与结构、显微结构、烧结温度和微波介电性能之间的影响关系。室温XRD晶体结构分析表明: 未掺杂CaTiO 3 的Ca 2 TiO 4 体系主晶相受烧结温度的影响明显, 由1400℃烧结的正交结构CaTiO 3 相转变为1420℃烧结的四方结构层状Ca 3 Ti 2 O 7 相。当烧结温度由1420℃升高至1450℃时, 不同含量CaTiO 3 掺杂均能使Ca 2 TiO 4 体系中主晶相的含量和成分发生改变。其中, 1.6wt%~3.2wt%的CaTiO 3 掺杂可使Ca 2 TiO 4 体系获得稳定且含量较高的Ca 3 Ti 2 O 7 相。微波介电性能测试结果显示, 未掺杂的Ca 2 TiO 4 体系的er 、Q×f和τf值均在其主晶相发生改变时大幅降低, 分别由1400℃烧结的85.84、10030 GHz和508.87×10 -6 /℃降至1420℃烧结的59.04、2340 GHz和93.13×10 -6 /℃, 而不同含量的CaTiO 3 掺杂则可在一定范围内稳定复相Ca 2 TiO 4 体系的Q×f值。

Influence of Sintering Temperature and CaTiO

采用固相反应法制备了Ca 2 TiO 4 + x wt% CaTiO 3 ( x =0、0.8、1.6和3.2)陶瓷, 并分析了其相组成与结构、显微结构、烧结温度和微波介电性能之间的影响关系。室温XRD晶体结构分析表明: 未掺杂CaTiO 3 的Ca 2 TiO 4 体系主晶相受烧结温度的影响明显, 由1400℃烧结的正交结构CaTiO 3 相转变为1420℃烧结的四方结构层状Ca 3 Ti 2 O 7 相。当烧结温度由1420℃升高至1450℃时, 不同含量CaTiO 3 掺杂均能使Ca 2 TiO 4 体系中主晶相的含量和成分发生改变。其中, 1.6wt%~3.2wt%的CaTiO 3 掺杂可使Ca 2 TiO 4 体系获得稳定且含量较高的Ca 3 Ti 2 O 7 相。微波介电性能测试结果显示, 未掺杂的Ca 2 TiO 4 体系的er 、Q×f和τf值均在其主晶相发生改变时大幅降低, 分别由1400℃烧结的85.84、10030 GHz和508.87×10 -6 /℃降至1420℃烧结的59.04、2340 GHz和93.13×10 -6 /℃, 而不同含量的CaTiO 3 掺杂则可在一定范围内稳定复相Ca 2 TiO 4 体系的Q×f值。

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采用传统的固相烧结法制备了Y n (Ba 0.8 Bi 0.2 ) 1– n Fe 0.9 Sn 0.1 O 3 负温度系数热敏陶瓷。借助X射线衍射分析仪、扫描电镜、阻温测试仪和交流阻抗分析仪对这类热敏陶瓷的物相、显微结构、阻温特性和阻抗特征进行了表征分析。所得Y n (Ba 0.8 Bi 0.2 ) 1– n Fe 0.9 Sn 0.1 O 3 热敏陶瓷为伪立方钙钛矿结构, 粒度约1.0 μm, 随Y含量增加晶格常数a变小; 其室温电阻率、热敏常数和活化能分别介于2.17~9.17 MΩ·cm、6757~7171 K和0.583~0.618 eV范围内, 且均随Y含量增加趋于增大。阻抗分析表明, 在 n =0.02、0.04时, 陶瓷体电阻由晶界、晶壳和晶粒电阻构成, 其中晶粒电阻贡献最大; 而在 n =0.06、0.08时, 陶瓷体电阻由晶界、畴壁和电畴三个部分构成, 其中电畴区域电阻贡献最大; 在限定的测量温度范围内, 晶界、晶壳、晶粒、畴壁和畴电阻均表现出负温度系数热敏行为。采用传统的固相烧结法制备了Y n (Ba 0.8 Bi 0.2 ) 1– n Fe 0.9 Sn 0.1 O 3 负温度系数热敏陶瓷。借助X射线衍射分析仪、扫描电镜、阻温测试仪和交流阻抗分析仪对这类热敏陶瓷的物相、显微结构、阻温特性和阻抗特征进行了表征分析。所得Y n (Ba 0.8 Bi 0.2 ) 1– n Fe 0.9 Sn 0.1 O 3 热敏陶瓷为伪立方钙钛矿结构, 粒度约1.0 μm, 随Y含量增加晶格常数a变小; 其室温电阻率、热敏常数和活化能分别介于2.17~9.17 MΩ·cm、6757~7171 K和0.583~0.618 eV范围内, 且均随Y含量增加趋于增大。阻抗分析表明, 在 n =0.02、0.04时, 陶瓷体电阻由晶界、晶壳和晶粒电阻构成, 其中晶粒电阻贡献最大; 而在 n =0.06、0.08时, 陶瓷体电阻由晶界、畴壁和电畴三个部分构成, 其中电畴区域电阻贡献最大; 在限定的测量温度范围内, 晶界、晶壳、晶粒、畴壁和畴电阻均表现出负温度系数热敏行为。

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以CoFe 2 O 4 压磁体、掺CuO和CeO 2 助烧剂的压电体Ba 0.85 Ca 0.15 Zr 0.1 Ti 0.9 O 3 为基本叠层材料, 采用界面固相熔融渗透法制备了掺助烧剂Ba 0.85 Ca 0.15 Zr 0.1 Ti 0.9 O 3 -CoFe 2 O 4 叠层复合陶瓷。叠层复合陶瓷的压电压磁相叠层界面结合良好。随着压磁相与压电相厚度比比率的增加, 叠层复合陶瓷的饱和磁致伸缩系数–λ从67×10 -6 增加到134×10 -6 、压电系数 d 33 从340 pC/N逐渐减小到205 pC/N; 磁电耦合系数先增大后减小, 在厚度比为2、外磁场为100 mT时得到最大值3200 mV/(cm·mT)。

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采用固相合成法制备了Sm 2 O 3 掺杂的(Ba 0.7 Ca 0.3 )TiO 3 -Ba(Zr 0.2 Ti 0.8 )O 3 (BCZT)无铅压电陶瓷. 借助XRD、SEM等手段对该陶瓷的显微结构与电性能进行了研究. 结果表明, Sm 2 O 3 的掺杂降低了BCZT无铅压电陶瓷的烧结温度并使居里温度点 T c 从85℃提高到95℃. 当Sm 2 O 3 掺杂量为0.02wt%~0.1wt%时, 样品具有典型ABO 3 型钙钛矿结构. Sm 2 O 3 掺杂量为0.02wt%时, 所得陶瓷样品具有最优综合电性能, 其压电常数 d 33 、机电耦合系数 k p 、机械品质因子 Q m 、介电损耗tan δ 和介电常数 e r 分别为590 pC/N、0.52、43、1.3%和3372.采用固相合成法制备了Sm 2 O 3 掺杂的(Ba 0.7 Ca 0.3 )TiO 3 -Ba(Zr 0.2 Ti 0.8 )O 3 (BCZT)无铅压电陶瓷. 借助XRD、SEM等手段对该陶瓷的显微结构与电性能进行了研究. 结果表明, Sm 2 O 3 的掺杂降低了BCZT无铅压电陶瓷的烧结温度并使居里温度点 T c 从85℃提高到95℃. 当Sm 2 O 3 掺杂量为0.02wt%~0.1wt%时, 样品具有典型ABO 3 型钙钛矿结构. Sm 2 O 3 掺杂量为0.02wt%时, 所得陶瓷样品具有最优综合电性能, 其压电常数 d 33 、机电耦合系数 k p 、机械品质因子 Q m 、介电损耗tan δ 和介电常数 e r 分别为590 pC/N、0.52、43、1.3%和3372.