文档介绍：异形BaTiO3晶粒的制备与表征
惠增哲,李童,龙伟,李晓娟,方频阳
(西安工业大学材料与化工学院,西安 710032)
摘要:在KF-NaF-BaTiO3伪三元体系中采用凝固法制备了异形BaTiO3晶粒粉体,表征了该粉体的结构和形貌。研究结果表明:不同成分配比制得的BaTiO3晶粒的大小、形态和相的纯度有显著的区别,(3KF-1NaF)-,且该成分配比所获得的BaTiO3含量较高、粉体晶粒分布均匀。符合制备织构陶瓷时所需模板的要求。
关键词:共晶;晶体生长;片状;模板;
Key words : eutectic;crystal growth;flake;template
压电陶瓷是一种能将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料[1],在现代功能陶瓷中占有非常重要的地位,广泛应用于传感器、超声换能器和微位移器等电子元器件方面[2]。传统的压电陶瓷都是含铅的压电陶瓷,烧结过程中会对人体和环境造成很大的危害,开发新型环保的无铅压电陶瓷迫在眉睫。目前无铅压电陶瓷体系的压电性能均远低于铅基压电材料的性能,这极大地限制了无铅压电陶瓷的应用,因此,提高无铅压电陶瓷的性能成为目前的研究热点。大量研究表明组织的织构化能够有效的改善无铅压电陶瓷的电学性能,然而制备织构化陶瓷时需要片状或纤维状的陶瓷粉体作模板。
理想的模板应具备片状外形、合适的大小以及合理的晶体结构才能引导基体晶粒在其表面外延生长。其中BaTiO3晶体因具有钙钛矿结构、化学性质稳定和良好的对称性等特征,是陶瓷模板的理想选择,在制备具有钙钛矿结构的织构陶瓷中有着广泛的应用。关于BaTiO3 的制备方法,传统上是用BaCO3和TiO2在大于1200℃通过固态反应制备[3],该方法存在许多缺点:杂质含量高、颗粒粗大、颗粒尺寸、分布不均匀及形态不规则等。因此,大量的化学合成方法被应用于均匀的BaTiO3粉体的生产。这些方法在生产过程中易引入杂质相、工艺过程难以控制、不适宜大批量生产,几乎无法制出符合模板要求的各向异性(片状,棒状)的BaTiO3颗粒[4,5]。目前,模板的制备方法主要是二步熔盐法等,这种方法工艺繁琐,产物受熔盐组分挥发不一致性的影响较大[6-9]。为了获得良好的模板,本课题组另辟新径,首次采用共晶凝固法制备出了符合模板要求的各向异性(片状,棒状)的二元共晶BaTiO3粉体,但产量低且含有较多杂质[10]。研究表明以KF-NaF-BaTiO3体系为原料,能够制备出含量较高的片状BaTiO3粉体,本文以KF-NaF-BaTiO3体系为原料,着重研究KF-NaF-BaTiO3成分配比对凝固组织形态的影响,从而获得制备片状BaTiO3的最佳成分配比和工艺。
1 实验方法
以KF-NaF-BaTiO3体系为原料,(xKF-yNaF)-(x:y= 1:1、1:2、2:1、3:1),通过杠杆原理可计算出各物质的含量随后进行称量;实验中称取NaF、KF和BaTiO3的混合物,将称取的原料用QM-BP型行星球磨机球磨均匀,混料球磨时间为60min、转速300r/min。玛瑙球大中小比例为1:2:4,原料中需加入大约50ml的酒精作为介质,可使原料混合均匀;将配好的原料放入铂金