稀土(Ln=Y/Yb)掺杂对Sm2Zr2O7陶瓷材料结构及热导率的影响

利用稀土Ln=Y/Yb对Sm_2Zr_2O_7进行A位取代掺杂,通过固相合成法制得Sm1.8Ln0.2Zr2O7(Ln=Y/Yb)陶瓷材料。分别利用XRD分析材料的晶体结构,SEM观察其显微形貌,激光导热仪测试其热扩散系数并计算得到热导率。结果表明,Sm1.8Ln0.2Zr2O7(Ln=Y/Yb)陶瓷材料为立方烧绿石结构,晶粒分布均匀,Yb^(3+)/Y^(3+)的掺杂降低了陶瓷材料的热扩散系数和热导率,其中Yb的作用更为明显。

空位对Sm_2Zr_2O_7陶瓷热膨胀系数的影响

以ZrO_2、Sm_2O_3和二价氧化物MO粉体(M=Mg,Ca)为原料,采用固相反应合成工艺制备了M_(0.1)Sm_(1.9)Zr_2O_(6.95)陶瓷,混合料在空气气氛中1600℃保温10h进行烧结。利用XRD、SEM和热膨胀仪测试了合成产物的相、微观组织和热膨胀系数,结果表明合成出了单相、微观组织较均匀的M_(0.1)Sm_(1.9)Zr_2O_(6.95)陶瓷,陶瓷的热膨胀系数均比纯Sm_2Zr_2O_7陶瓷要高,分析认为热膨胀系数的提高主要是由于Sm_2Zr_2O_7陶瓷中引入的空位所致。热障涂层陶瓷层材料热膨胀系数的提高有利于延长涂层的寿命。

Sm_2O_3掺杂(Ba_(0.7)Ca_(0.3))TiO_3-Ba(Zr_(0.2)Ti_(0.8))O_3无铅压电陶瓷的制备与性能

采用固相合成法制备了Sm2O3掺杂的(Ba0.7Ca0.3)TiO3-Ba(Zr0.2Ti0.8)O3(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,Sm2O3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Tc从85℃提高到95℃.当Sm2O3掺杂量为0.02wt%～0.1wt%时,样品具有典型ABO3型钙钛矿结构.Sm2O3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d33、机电耦合系数kp、机械品质因子Qm、介电损耗tanδ和介电常数εr分别为590 pC/N、0.52、43、1.3%和3372.

Sm_2(Zr_(1-x)Ti_x)_2O_7陶瓷材料的结构及热物理性能

目的研究氧化物TiO_2 B位掺杂对Sm_2Zr2O_7陶瓷材料的结构及热物理性能的影响。方法以Sm_2O_3、ZrO_2、TiO_2为原料,通过高温固相合成法制备用过渡金属氧化物TiO_2掺杂Sm_2Zr2O_7的Sm_2(Zr_(1-x)Ti_x)_2O_7(x=0,0.2,0.4,x为摩尔分数)陶瓷材料。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)研究陶瓷材料的物相结构以及显微形貌,利用阿基米德原理测定陶瓷材料的体积密度。根据Neumann-Kopp定律计算材料热容,采用高温热膨胀仪及激光导热仪对材料的热膨胀性能和热导率进行表征。结果 Sm_2(Zr_(1-x)Ti_x)_2O_7体系陶瓷材料为立方烧绿石结构,显微结构致密,晶界清晰。Sm_2Zr2O_7掺杂小离子半径Ti^(4+)使其热膨胀系数有所提高,热扩散系数降低,并在高温下表现出类似于玻璃的超低热导率。800℃时,Sm_2Zr_(1.6)Ti_(0.4)O_7的热导率为1.29 W/(m·K),平均热膨胀系数达到10.6×10^(-6) K^(-1)。结论由于基质原子与取代原子之间的原子量差随Ti掺杂量的增加而逐渐降低,其热导率随Ti掺杂量增加而升高。

柠檬酸溶胶-凝胶法Sm2Zr2O7陶瓷粉体的制备与表征(英文)

采用柠檬酸溶胶-凝胶法,以Sm2O3和ZrO（NO3）2·2H2O为原料,柠檬酸为螯合剂,合成了单相的Sm2Zr2O7粉体。果用TG/DSC、XRD和SEM对制备的粉体进行了表征,利用TG/DSC对干凝胶粉的热分解过程进行了分析。研究了煅烧温度对粉体物相及晶粒大小的影响,以及柠檬酸含量对粉体相组成和粉体分散性的影响。结果表明,干凝胶粉的热分解主要分为两个放热阶段进行,500℃左右干凝胶粉的热分解基本完成。Sm2Zr22O7的结晶约在450℃左右开始发生,950℃保温2 h可以得到结晶良好的具有纳米晶粒Sm2Zr2O2粉体,粉体晶粒为1020 nm;柠檬酸与金属离子的螯合作用提高了结晶产物的纯度,随着柠檬酸含量的增加,粉体团聚程度先减小后增加,在CA/M=0.5时粉体分散性最好,粉体粒度为100200 nm。

Sm_2O_3掺杂BaZr_(0.25)Ti_(0.75)O_3铁电陶瓷的制备及其结构、介电性能研究

采用传统的固相反应法制备了(1-x)BaZr0.25Ti0.75O3(BZT)+xSm2O3(x=0,0.002,0.004,0.006,0.008,0.01)的铁电陶瓷,用X射线衍射和介电谱方法研究了Sm2O3的掺杂对BZT陶瓷结构和介电性能的影响.结果表明,Sm2O3的掺入没有改变BZT晶体钙钛矿结构,并且随着Sm3+取代浓度增大,衍射峰向高角度略有偏移,说明晶面间距减小;随着Sm2O3掺杂量的增加,BZT介电峰向低温区移动,并且被压低展宽,BZT陶瓷介电常数和介电损耗随Sm2O3掺杂量的增加而减小,频率对各组分的介电常数影响较小,在T=300K,f=104Hz时,发现Sm2O3掺入量为0.01时具有较大的介电常数和较小的介电损耗.

稀土Dy和Ce共掺杂La2Zr2O7新型热障涂层用陶瓷材料

用化学沉淀法制备了稀土Dy和Ce共掺杂La_2Zr_2O_7新型热障涂层用陶瓷粉末La_(1.7)Dy_(0.3)(Zr_(0.8)CeZr_(0.2))_2- O_7(LDCZ).通过X射线衍射、扫描电镜、高温膨胀仪、DSC和激光热导仪对粉末相结构、不同煅烧温度下的相组成、微观结构、高温相稳定性、热膨胀系数和导热系数进行了分析.结果表明,稀土共掺杂的La_(1.7)Dy_(0.3)(Zr_(0.8)CeZr_(0.2))_2O_7保持了烧绿石结构,120℃时粉末为无定形的混合氧化物,900℃时转化为复合氧化物,1200℃时转变为单一的烧绿石相;高温下LDCZ无明显相变;添加Dy和Ce不仅可提高锆酸镧的热膨胀系数,使其高于8YSZ的热膨胀系数,并可使其导热系数较La_2Zr_2O_7降低25%以上,达到1.28～1.07W/m·K.

大气等离子体喷涂Sm_2Zr_2O_7涂层的结构和性能

稀土锆酸盐材料具有比Y2O3部分稳定ZrO2陶瓷低的热导率,是新型热障涂层的潜在候选材料之一.利用大气等离子体喷涂技术以喷雾造粒的Sm2Zr2O7粉体制备涂层,并在相同条件下沉积8wt%Y2O3稳定ZrO2涂层.对比评价了两种涂层的结构、热物理性能和力学性能.X射线衍射结果表明,制备态Sm2Zr2O7涂层为缺陷萤石结构.扫描电镜分析显示,Sm2Zr2O7和8wt%Y2O3稳定ZrO2涂层为典型的层状结构,内部有很多气孔、裂纹等缺陷.800℃测得的Sm2Zr2O7涂层的热导率为0.44 W/（m.K）,比相同条件下测得的8wt%Y2O3稳定ZrO2涂层的热导率低~40%,两者的热膨胀系数相似.力学测试结果显示,Sm2Zr2O7涂层的抗折强度、硬度和弹性模量均低于8wt%Y2O3稳定ZrO2涂层.

Ca_(0．3)(Li_(1/2)Sm_(1/2))_(0．7)TiO_3微波介质陶瓷的低温烧结研究

采用传统陶瓷制备工艺,制备了掺杂Na_2O-CaO-B_2O_3(NCB)氧化物的Ca_(0.3)(Li_(1/2)Sm_(1/2))_(0.7)TiO_3(CLST)陶瓷,研究了NCB掺杂量与晶相组成、显微结构、烧结性能及微波介电性能的关系.研究结果表明:复合氧化物NCB掺杂量在1wt%～15wt%范围内没有杂相生成,晶相仍呈斜方钙钛矿结构.随着NCB添加量的增加,陶瓷致密化温度和饱和体积密度降低,介电常数ε~r、无载品质因数与谐振频率乘积Qf值也呈下降趋势,频率温度系数T_f向正方向增大.NCB氧化物掺杂能有效地将CLST陶瓷的烧结温度由1300℃降低至900℃.添加12.5wt%NCB的CLST陶瓷在低温900℃烧结5h仍具有良好的微波介电性能:ε_r=73.7,Qf=1583GHz,T_f=140.1×10^(-6)/℃,满足高介多层微波器件的设计要求.

热障涂层用Dy_2 Zr_2 O_7陶瓷粉末制备及其热物理性能研究

采用共沉淀-煅烧法制备了热障涂层用Dy2 Zr2 O7陶瓷粉末。通过电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)、X射线衍射,SEM,DSC及霍尔流速计等分析方法,对粉末的化学组成、相组成、微观结构、高温相稳定性和流动性能进行了研究。通过高温膨胀仪、DSC和激光热导仪分别测定其热膨胀系数、比热系数和导热系数。结果表明,所制备粉末的组成与锆酸镝氟石结构的组成相近;高温下Dy2 Zr2 O7无明显相变;在高于1400℃的温度下煅烧后,Dy2 Zr2 O7的流动性得到显著改善;Dy2 Zr2 O7具有比8YSZ更高的热膨胀系数和更低的导热系数。

用X-射线衍法研究Sm_2Zr_2O_7形成机制

采用XRD技术研究了固相反应制备Sm_2Zr_2O_7的形成机制。结果表明:从1000℃开始,Sm^(3+)逐渐取代Zr^(4+)的位置,形成萤石结构ZrO_2-Sm_2O_3固溶体,该过程直到1400℃才基本结束;在1200℃～1300℃之间,Sm_2O_3与ZrO_2发生固溶的同时,固溶体开始转变为焦绿石结构的Sm_2Zr_2O_7,到1500℃所有固溶体完全转变为Sm_2Zr_2O_7;1500℃以后,Sm_2Zr_2O_7晶体逐渐长大并最终形成理想的Sm_2Zr_2O_7晶体。整个过程并无其它中间相生成。

等离子喷涂Sm_2Zr_2O_7/8YSZ热障涂层热冲击应力的数值模拟

热障涂层的热冲击应力对其热冲击性能有重要影响,有关其热冲击应力的研究鲜见报道。采用有限单元法研究了基体材质、厚度对等离子喷涂Sm2Zr2O7/8YSZ热障涂层水淬热冲击应力的影响,并与8YSZ涂层比较。结果表明:涂层内存在较大径向冲击热应力,其值随基体热膨胀系数增加而增大;随基体厚度增加,径向应力逐渐增加,厚度超过25 mm后对径向应力无影响;剪切压应力的绝对值随基体厚度增加而增大,基体厚度超过20 mm后趋于稳定;基体厚度对轴向应力无影响;该涂层的抗热冲击性能优于传统8YSZ涂层。

表面活性剂对Sm_2Zr_2O_7纳米热障涂层材料烧结性能的影响

采用水热合成法制备Sm2Zr2O7纳米晶体,研究了聚乙二醇(PEG)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)三种不同类型的表面活性剂对材料相结构、分散性能以及烧结性能的影响。实验结果表明:材料的物化性能与表面活性剂的类型密切相关,阳离子表面活性剂的添加抑制了材料由萤石结构向烧绿石结构的转变,样品比表面积为174.67 m2·g-1,经过高温烧结后块材的体积收缩和相对密度分别为24.5%和81.2%。相比之下,阳离子表面活性剂CTAB对于提高材料的抗烧结性能方面要明显好于非离子表面活性剂PEG和阴离子表面活性剂SDBS。

用红外光谱技术分析Sm_2Zr_2O_7的形成机制

采用红外光谱(FT-IR)技术分析了以Sm2O3和ZrO2为原料,固相反应制备Sm2Zr2O7的形成机制。结果表明:Sm2O3中的Sm3+逐渐向ZrO2晶格中扩散并取代Zr4+的位置形成萤石结构的ZrO2-Sm2O3固溶体,由于二者化合价的差别为保持晶格结构局部的电中性而引入了氧空位,氧空位的引入加快了ZrO2与Sm2O3固溶过程;随着温度的升高,已形成ZrO2-Sm2O3固溶体转变为焦绿石结构的Sm2Zr2O7,并在1 500℃以后形成Sm2Zr2O7晶体,整个过程没有其它中间相出现。

(La_(0.75)Sm_(0.25))_2Zr_2O_7纳米粉体的高温动态XRD研究

采用化学共沉淀-高温煅烧技术制备的具有烧绿石结构的(La0.75Sm0.25)2Zr2O7纳米粉体,其平均晶粒尺寸约为47 nm,其晶体结构为等轴晶系,空间群为F d-3m,晶胞参数a0=1.075 nm。采用高温动态XRD技术研究了(La0.75Sm0.25)2Zr2O7纳米粉体的热稳定性、热膨胀性及抗烧结性能。结果表明:(La0.75Sm0.25)2Zr2O7纳米粉体具有良好的热稳定性,高温下晶体结构仍保持稳定,1 400℃的热膨胀系数为9.7×10-6K-1;具有优异的抗高温烧结性能,1 250℃以上纳米晶粒才开始快速生长,1 400℃时,晶粒尺寸为132 nm。

Gd2Ti2O7/ZrO2(3Y)陶瓷制备及力学性能研究

用共沉淀法合成Gd2Ti2O7纳米粉体,经真空烧结制备不同ZrO2(3Y)含量的Gd2Ti2O7/ZrO2(3Y)陶瓷。用XRD、SEM和力学性能试验等测试手段研究样品的物相、形貌和力学性能。结果表明:Gd2Ti2O7/ZrO2(3Y)陶瓷的力学性能随ZrO2(3Y)含量增加显著提高,ZrO2(3Y)含量为90vol%时,样品的维氏硬度、抗弯强度和断裂韧性最大值分别达到20.95GPa、199.21MPa和8.17MPa·m1/2。其原因是ZrO2(3Y)固溶导致晶粒尺寸减小,过饱和析出ZrO2(3Y)的颗粒弥散增韧,以及ZrO2(3Y)应力诱导相变增韧作用。

Li-Zr共掺杂对Bi_2(Zn_(1/3)Nb_(2/3))_2O_7陶瓷介电性能的影响

采用固相反应法制备了(Bi1.975Li0.025)(Zn2/3Nb4/3–xZrx)O7陶瓷,研究了当Li+替代量一定时,Zr4+掺杂对陶瓷相结构和介电性能的影响。结果表明,当替代量0<x≤0.2时,相结构保持单一的单斜焦绿石相,εr随x的增加而减小,tanδ随x的增加而增加;在–30～+130℃,观察到tanδ出现明显的弛豫现象,运用缺陷偶极子模型分析了这一现象。x为0.05,0.10,0.15和0.20时,样品的弛豫峰值温度分别为43,68,47和59℃。

溶胶-凝胶法引入ZnO-2B_2O_3-7SiO_2玻璃对BaO-Sm_2O_3-4TiO_2陶瓷性能的影响

采用固相反应法合成BaO-Sm2O3-4TiO2(BST)陶瓷粉体。系统研究了溶胶-凝胶法引入ZnO-2B2O3-7SiO2(ZBS)玻璃对BST陶瓷烧结特性、物相组成、微观形貌及介电性能的影响。结果表明,添加ZBS玻璃的陶瓷试样主晶相仍为类钙钛矿钨青铜结构的BaSm2Ti4O12,次晶相为Sm2Ti2O7。通过溶胶-凝胶法添加6%(质量分数)的ZBS玻璃,可使BST陶瓷的烧结温度从1350℃降低到1050℃,在1050℃烧结3h所得BST陶瓷介电性能优良:εr=60.17,tanδ=0.004,τf=-7.9×10-6/℃。

固相反应Gd2Zr2O7陶瓷的形成机理研究

以ZrO2,Gd2O3粉体为原料,采用固相合成工艺制备了Gd2Zr2O7陶瓷,通过在不同温度(1273 K～1873 K)下进行混合料的烧结以及对不同温度下合成产物的XRD相分析,来研究Gd2Zr2O7陶瓷的合成过程和形成机理.结果表明:ZrO2和Gd2O32种粉体在1473 K开始发生相互固溶,随着温度升高,固溶程度逐渐加大,在1673 K时ZrO2和Gd2O3之间的固溶达到饱和,开始析出Gd2Zr2O7相,当温度达到1773 K时固溶结束,此时产物为Gd2Zr2O7,1873 K时ZrO2和Gd2O3烧结完成,产物为单相的Gd2Zr2O7.

烧结温度和升温速率对Pb(Sb1/3Mn2/3)0.05Zr0.47Ti0.48O3压电陶瓷性能的影响

采用传统固相法制备了Pb(Sb_(1/3)Mn_(2/3))_(0.05)Zr_(0.47)Ti_(0.48)O_3(PMS-PZT)压电陶瓷。利用XRD、SEM和EDS等研究PMS-PZT陶瓷体系在烧结过程中形成的过渡液相和形成过渡液相温度(1100℃)附近的升温速率对陶瓷结构、压电和介电性能的影响。结果表明:不同烧结温度下,所有样品均为单一的钙钛矿四方相,过渡液相不会对相的结构有影响,但是当烧结温度较低时,过渡液相在烧结后期以玻璃相在晶界附近富集,对陶瓷的压电和介电性能有很大影响。随着烧结温度和升温速率的升高,PMS-PZT晶粒尺寸增大,晶粒均匀性和规则性得以改善,晶化质量得到提高;d33测试和阻抗分析测试结果表明PMS-PZT样品在1100℃附近以7℃·min-1升温速率并在1250℃烧结时具有最好的压电和介电性能:d33=313 C/N,kp=0.59,Qm=1481,εr=1437,tanδ=0.53%。