颗粒级配对堇青石质陶瓷材料气孔率的影响研究

采用堇青石、滑石、高岭土和氧化铝等作为原料,制备堇青石质多孔陶瓷材料。研究粗、中和细三组颗粒级配对堇青石质多孔陶瓷材料气孔率的影响。采用材料试验机、SEM等检测设备对材料的强度、显微结构进行了表征。结果表明:采用三种颗粒的合理配比,在1300℃、保温30 min条件下,可以获得气孔率40%以上,抗折强度大于20 MPa的多孔陶瓷材料,且中颗粒量的增加,对材料气孔率增加影响最显著。

无机盐/石英基复合相变储能材料多孔陶瓷基体的制备

以石英为骨料，钾长石为高温粘结剂，木炭为造孔剂制备无机盐／石英基复合相变储能材料用的微米孔石英多孔陶瓷基体，采用正交实验法系统研究了骨料颗粒粒度、造孔剂粒度、造孔剂含量、高温粘结剂含量及烧成温度对石英多孔陶瓷的显气孔率和抗折强度的影响。研究结果表明，影响石英多孔陶瓷抗折强度的最主要因素是长石含量，其次是骨料粒度和造孔剂粒度；影响石英多孔陶瓷显气孔率的主要因素是造孔剂含量。制备微米孔石英多孔陶瓷的优化配方和工艺是：石英、木炭和长石均过325目筛，三者质量比为7：2：1，烧成温度为1270℃，保温时间为1h。该陶瓷具有以下优良的性能：显气孔率为55．12％，体积密度为1．14g/cm^3，抗折强度为3．14MPa，抗压强度为7．12MPa，平均孔径为13．87μm且孔径分布范围较窄，96％的气孔孔径在9～21μm之间。

热探针法测量陶瓷粉末导热系数的实验研究

以Al2O3粉末为例,在分析探针法测量原理的基础上,用热探针法对Al2O3粉末的导热系数进行测量,研究在不同含水率和温度下Al2O3粉末导热系数的变化情况。试验结果发现,Al2O3粉末的导热系数随着秸秆密度,温度和含水率的增加而增加,并基本呈线性关系。

三大无铅压电陶瓷体系的最新研究进展

铌酸钾钠((K,Na)NbO3,KNN)系、钛酸铋钠((Bi,Na)TiO3,BNT)系以及锆钛酸钡(Ba(Zr,Ti)O3,BZT)系压电陶瓷是目前研究最广泛的三大无铅压电陶瓷体系。本文主要综述了上述三大无铅压电陶瓷体系在性能增强研究方面的最新进展,并对其未来的发展前景进行了展望。

铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的现状、机遇与挑战

近十年来,铌酸钾钠(KNN)基无铅压电陶瓷一直是国内外的研究热点。基于笔者的研究工作,本文从晶体结构、性能优化、制备工艺三个方面总结了KNN陶瓷的发展现状,并进而尝试分析了该体系在未来发展中面临的机遇与挑战。

复合烧结助剂对CSLST微波介质陶瓷的性能影响

研究了复合添加12.5wt%Li2CO3-B2O3-CuO(LBC)玻璃和不同含量(0～4.0wt%)Bi2O3对(Ca0.9375Sr0.0625)0.3(Li0.5Sm0.5)0.7TiO3(CSLST)微波介质陶瓷烧结特性、相组成和介电性能的影响,分析了CSLST陶瓷与银的共烧行为。结果表明:复合添加LBC玻璃和Bi2O3能有效降低CSLST陶瓷烧结温度至875℃,XRD分析结果显示添加0～1.0wt%Bi2O3有Cu3Ti3O和CaCu3Ti4O12新相产生,当Bi2O3的添加量大于2.0wt%,杂相消失。随着Bi2O3添加量的增加,陶瓷的频率温度系数τf向负方向偏移。复合添加12.5wt%LBC玻璃和2.0wt%Bi2O3的CSLST陶瓷,在875℃保温5 h烧结后,具有优良的微波介电性能:εr=78.9,Q×f=1852 GHz,τf=3×10-6/℃。该材料与银共烧界面结合状况良好,无明显扩散,适合作为LTCC的材料。

织构化K0.5Na0.5NbO3无铅压电陶瓷的性能研究

以分析纯Na2CO3、Bi2O3和Nb2O5为原料,以NaCl为熔盐,采用二次熔盐法和拓扑化学反应法合成各向异性片状NaNbO3粉体。以该片状NaNbO3粉体为模板晶粒,以固相法合成的NaNbO3和KNbO3粉体为基料,采用流延工艺制备出较高取向度的织构化K0.5Na0.5NbO3(KNN)无铅压电陶瓷,系统研究了模板含量、烧结温度和保温时间等工艺参数对织构化KNN陶瓷显微结构和压电性能的影响规律。研究结果表明:随着模板含量的增加,陶瓷的取向度逐渐增加,当模板含量为15 wt%时,陶瓷的取向度可达0.69,当模板含量为10 wt%,1100℃下保温5 h烧结,可以获得具有一定织构度(f=0.58)的KNN陶瓷,并表现出优异的压电性能,d33=128 pC/N。

ZnO和CuO烧结助剂对KNN压电陶瓷性能的影响

以微波水热法制备的KNN粉体为原料,添加1mol%ZnO、1mol%CuO烧结助剂,采用传统电子陶瓷制备方法,研究了烧结助剂对KNN陶瓷的陶瓷体积密度、显微结构和电性能的影响,结果表明:添加烧结助剂ZnO和CuO可以降低KNN陶瓷的烧结温度,提高KNN陶瓷的体积密度;与此同时,ZnO和CuO添加后降低了KNN无铅压电陶瓷的压电常数d33、介电常数ε33T/ε0,但机械品质因数Qm得到很大的提高,介电损耗tanδ明显降低。其中CuO烧结助剂可以使KNN陶瓷的d33由142 pC/N降低至118 pC/N,Qm值由82提高至427,tanδ由2.46%降低至0.64%。

高压电常数(Ba_(0.85)Ca_(0.15))(Ti_(0.9)Zr_(0.1-x)Sn_x)O_3陶瓷结构与性能研究

采用传统固相法制备了（Ba0.85Ca0.15）（Ti0.9Zr0.1-xSnx）O3 （CBTZS-x）无铅压电陶瓷, 研究了不同Sn含量（x=0~0.1）对CBTZS-x陶瓷相结构、介电以及压电性能的影响。实验结果表明： 所有样品均为纯钙钛矿结构; 随着Sn含量增加, 室温下样品逐渐由三方和四方相共存结构转变为四方相结构, 且三方-四方相转变温度TR-T和居里温度TC均逐渐减小, 当x=0.04时, TR-T更接近于室温, 此时表现出优异的压电性能; 样品的剩余极化强度Pr和矫顽场Ec随着x增加均呈现出减小的趋势, 而相对介电常数εr则逐渐增大。当x=0.04时, CBTZS-x材料的综合性能最佳： d33=665 pC/N, kp=55.6%, εr=4520, Pr=12.5 μC/cm2, Ec=1.6 kV/cm, 表明该陶瓷材料具有很好的应用前景。

CeO_2添加对Ta_2O_5低膨胀陶瓷结构与性能的影响

采用干压成型和高温固相反应烧结制备了CeO2改性Ta2O5低膨胀陶瓷材料。研究了CeO2加入量对制备的Ta2O5陶瓷样品的物相组成、微观结构、热膨胀性能、抗折强度和抗热震性能等的影响。结果表明,经1450℃保温2h烧成,纯Ta2O5陶瓷由β-Ta2O5组成,存在明显的开裂现象,表现出负的热膨胀系数(-1.02×10-6℃-1)和低的抗折强度(1.69 MPa)。添加CeO2后,除β-Ta2O5主晶相外,还生成了六方相针状CeTa7O19晶体。适量CeO2的加入可有效抑制Ta2O5陶瓷的高温可逆相转变和消除开裂现象,形成致密的微观结构,样品呈现低的正热膨胀系数,抗折强度和抗热震性能显著提高。

高品质因素MgTiO_3-SrTiO_3系微波陶瓷介电性能的研究

以分析纯MgO、TiO2、SrCO3为原料,采用固相法制备了(1-x)MgTiO3-xSrTiO3(x=0～0.065)系列微波介质陶瓷材料,研究了添加SrTiO3后,体系的晶相组成、显微结构、微波介电性能之间的变化规律。研究表明,随着SrTiO3添加量的增加,陶瓷的体积密度、介电常数εr、谐振频率温度系数τf都呈增加趋势,但无载品质因素与谐振频率的乘积Q×f的值随添加量的增加呈下降趋势。当x=0.035时,陶瓷可在1380℃保温2 h烧结,此时陶瓷获得近零的频率温度系数:τf=-2.8×10-6/℃、高的品质因素:Q×f=16714 GHz、介电常数:εr=21.5。

粉体粒径对CSLST微波介质陶瓷烧结温度的影响

采用B2O3-CuO-LiCO3（BCL）玻璃料作为烧结助剂，通过增加球磨时间的方法，对（ca18/19 Sr1/19）0.2（Li0.5Sm0.5）0.8 TiO3（CSLST）微波介质陶瓷进行低温烧结。研究了不同含量的BCL烧结助剂对CSLST微波介质陶瓷低温烧结特性的影响，和不同球磨时间对含2wt％BCL烧结助剂的CSLST微波介质陶瓷粉体颗粒度及低温烧结的影响。结果表明：球磨后的粉体粒径均分布在0．1～0．4μm之间，d50为0．170μm，比表面积达到35．2m^2／g且具有较高的表面活性，可以在875℃保温5h完全烧结。该陶瓷的微波介电性能为：介电常数＆=81．3，品质因素Qxf=1886GHz，谐振频率温度系数Tf=-27．6×10^-6／℃。

Y_2O_3,Fe_2O_3掺杂(Na_(0.5)Bi_(0.5))TiO_3无铅压电陶瓷的研究

采用固相法制备了(Na0.5Bi0.5)TiO3+xmol%Y2O3+xmol%Fe2O3(0≤x≤1.25)(简称NBTYF)无铅压电陶瓷。XRD衍射结果表明,所有陶瓷样品均为单一的钙钛矿结构。SEM表明,掺杂后陶瓷的晶粒尺寸增大。介电温谱表明该体系陶瓷具有弛豫特性,随掺杂量的增加,退极化温度Td向低温方向移动,而居里温度Tc向高温方向移动。陶瓷的密度和压电常数d33和随x的增加先增大后减小,而机械品质因子Qm一直下降。当x=1.00时,该体系陶瓷具有最佳压电性能,d33=106pC/N,Qm=93,kp=16.08%,εr=594,tanδ=5.33%,ρ=5.699g/cm3。

BaZrO3掺杂对(K0.49Na0.51)0.98Li0.02(Nb0.77Ta0.18Sb0.05)O3无铅压电陶瓷的结构与电性能的影响

采用固相反应法制备了（K0.49Na0.51）0.98Li0.02（Nb0.77Ta0.18Sb0.05）O3-xBaZrO3（NKNLST-xBZ,x=0~0.020 mol）无铅压电陶瓷,系统研究了BaZrO3的掺杂量对陶瓷的压电、介电、机电和铁电性能的影响。结果表明：随着BaZrO3掺杂量x的增加,陶瓷的晶体结构由正交相向四方相转变,在x=0.005~0.008区间出现正交相与四方相两相共存的区域,在此区域内陶瓷的晶粒变得细小且均匀,介电损耗tanδ大幅降低,压电常数d33和平面机电耦合系数kp增加。该体系陶瓷的介电常数ε33T/ε0则随着BaZrO3的增加持续增加,相变温度则向低温方向移动。当x=0.005时,该组成陶瓷具有最佳的综合性能：压电常数d33=372 pC/N,平面机电耦合系数kp=47.2%,介电损耗tanδ=3.1%,以及较高的介电常数ε33T/ε0=1470和居里温度Tc=208℃。

NKLNx-KBT-BZ无铅压电陶瓷的电性能研究

采用传统固相烧结法制备0.92(Na0.51K0.49-xLix)NbO3-0.02K0.5Bi0.5TiO3-0.06BaZrO3(简写为NKLNx-KBT-BZ,x=0.00～0.05)系无铅压电陶瓷。用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、精密阻抗分析仪及铁电性能测试仪等研究了Li+含量对该体系陶瓷的晶相、显微结构和电性能的影响。结果表明:在研究组成范围内,陶瓷均具有单一的钙钛矿结构,随着Li+含量的增加,晶体结构从菱方转变为四方结构,并且经过菱方-四方两相共存的准同型相界(MPB)组成区域0.01<x<0.03。在MPB区域的四方相边界x=0.03处获得优异的电性能:d33=227 pC/N,kp=39.3%,Qm=69,ε3T3/ε0=1642,tanδ=2%,Pr=13.3μC/cm2,Ec=1.64 kV/mm。

结构参数对陶瓷窑炉余热回收用热管换热器性能的影响

编制了用于陶瓷窑炉烟气余热回收的气-气热管换热器的计算程序。分析了翅片间距、管子中心距和热管长度对烟气段和空气段压力损失、投资回收期和所需热管总根数的影响。研究表明:随着管子中心距的增加,烟气侧和空气侧的压力损失都减小,烟气侧的压力损失下降幅度较大;烟气侧和空气侧压力损失随翅片间距增大而减小,当翅片间距增大时,所需的热管总根数随之增大,投资回收期也在增大;烟气侧和空气侧的压力损失均随热管长度的增加而增大,随着热管长度的增大,热管总跟数和投资回收期均下降。

Zn2＋掺杂对0．965MgTiO3-0．035SrTiO3微波介质陶瓷结构与性能影响研究

采用固相反应法制备了0.965MgTiO3-0.035SrTiO3(MST)微波介质陶瓷,选用Zn2+对MST陶瓷进行了A位离子掺杂,研究了不同Zn2+掺杂量对陶瓷烧结性能、晶相组成、显微结构及微波介电性能的影响。结果表明,Zn2+的掺入促进了陶瓷的烧结,显著提高了陶瓷的致密度,且没有改变陶瓷的主晶相。在掺杂量小于0.04mol%范围内,随着Zn2+掺杂量的增加,陶瓷的介电常数增加,品质因素和频率温度系数略有降低。中间相MgTi2O5的衍射峰强度随着Zn2+掺杂量的增加逐渐减弱直至完全消失。当Zn2+掺杂量为x=0.03时,陶瓷的烧结温度由1380℃降低至1290℃,并呈现优异的微波介电性能:εr=22.51,Q×f=16689 GHz,τf=-4.52×10-6/℃。

(Ba_(0.85)Ca_(0.15))(Ti_(1-x)Zr_x)O_3无铅压电陶瓷的性能研究

采用固相法制备了(Ba0.85Ca0.15)(Ti1-xZrx)O3(BCTZ)无铅压电陶瓷,研究Zr含量(x=0～0.15)对BCTZ陶瓷微观结构和电性能的影响。结果表明:所有样品均具有纯的钙钛矿结构;随Zr含量的增加,室温下样品逐渐由四方相向三方相转变,在0.05<x<0.1范围内两相共存;样品的压电常数d33、平面机电耦合系数kp、剩余极化强度Pr和相对介电常数εr均随Zr含量的增加呈现先增加后减小的趋势,而矫顽场Ec则逐渐降低。样品的综合性能在x=0.08处达到最佳值:d33=461 pC/N,kp=50.7%,Pr=14.1μC/cm2,Ec=4.1 kV/cm,εr=3696,表明该材料具有良好的应用前景。

Y2O3添加对 Nb2O5低膨胀陶瓷结构与性能的影响

采用高温固相烧结法制备了Y2O3改性Nb2O5低膨胀陶瓷材料。研究了Y2O3添加量对Nb2O5陶瓷的物相组成、微观结构、气孔率、热膨胀性能、抗弯强度和抗热震性能等的影响。结果表明，经1390℃保温2h烧成，纯Nb2O5陶瓷样品存在开裂现象，表现出低的抗弯强度和差的抗热震性能。添加2～10％Y2O3，后，样品主晶相为单斜相Nb2O5，还生成了YNbO4晶相。通过添加适量Y2O3改性，可抑制Nb2O5陶瓷烧成过程中的晶粒增长和避免开裂现象，形成致密的微观结构，样品的抗弯强度和抗热震性能显著提高。Nb2O5陶瓷的热膨胀系数随Y2O3添加量的增加而逐渐增大。Y2O3添加量为6％时，样品的热膨胀系数和抗弯强度分别为1．9×10^-6／℃和103．4MPa，表现出良好的抗热震性能。

添加LCB玻璃的CSLST微波介质陶瓷低温烧结及其性能研究

采用传统电子陶瓷工艺制备了添加Li2CO3-CuO-B2O3(LCB)玻璃为烧结助剂的(Ca0.9375Sr0.0625)0.3(Li0.5Sm0.5)0.7TiO3(CSLST)微波介质陶瓷,并对其烧结特性、晶相组成和介电性能进行了系统的研究。结果表明:通过液相烧结,LCB玻璃能有效降低CSLST烧结温度至900℃。XRD分析结果显示添加LCB玻璃后材料中均产生了杂相。性能分析结果发现随着LCB添加量的增大,陶瓷的体积密度、介电常数εr、品质因数与谐振频率乘积Q×f呈现先上升后下降的趋势,频率温度系数τf则单调降低。添加质量分数为12.5%的LCB玻璃的CSLST陶瓷在900℃下保温5 h可以完全烧结,并具有最佳的微波介电性能:εr=77.7,Q×f=1845 GHz,τf=21.35×10-6/℃。