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。

不同烧结气氛对Bi_(0.47)Na_(0.47)Ba_(0.06)Cu_(0.015)Ti_(0.985)O_(3)陶瓷微观结构与电性能的影响

在这项研究中,通过传统固相法得到了Bi_(0.47)Na_(0.47)Ba_(0.06)Cu_(0.015)Ti_(0.985)O_(3)(BNBCT)无铅压电陶瓷。系统研究了氧气氛围(BNBCT-O_(2))、空气氛围(BNBCT-Air)、氮气氛围(BNBCT-N_(2))对BNBCT陶瓷的结构与电性能的影响。X射线衍射(XRD)结果显示所有样品都只生成了钙钛矿结构。XRD精修结果则说明BNBCT-O_(2)陶瓷具有很强的晶格失序。复阻抗图谱、电响应活化能、电导率活化能以及O1s的X射线光电子能谱(XPS)反映出氧空位的浓度会随着烧结气氛的改变而改变。当烧结氛围中氧浓度过高时,样品中的氧空位浓度很容易被抑制。相比于BNBCT-Air与BNBCT-N_(2)陶瓷,BNBCT-O_(2)陶瓷表现出最高的压电常数(d_(33)=227 pC·N^(-1))及最大的剩余极化强度(P_(r)=31.9μC·cm^(-2))。这些结果均显示出BNBCT陶瓷的微观结构与电性能和氧空位浓度有关,而氧空位又能被烧结氛围所调控。所以,通过改变烧结氛围来提升Bi_(0.47)Na_(0.47)Ba_(0.06)Cu_(0.015)Ti_(0.985)O_(3)基陶瓷的压电性能是一种可行的方法。

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。

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%。

SiO_2基多孔陶瓷膜支撑体的制备

以海泡石矿物为原料,通过干压成型制备了氧化硅(SiO2)基多孔陶瓷膜支撑体,研究了烧成温度对制备试样的物相组成、微观结构、平均孔径、孔隙率、纯水渗透通量和抗弯强度的影响。结果表明,经1100～1200℃保温2 h烧成制备的SiO2基多孔陶瓷支撑体试样主要由石英主晶相和少量滑石晶相组成,具有良好的结构与性能,可用于SiO2复合陶瓷膜的制备。1200℃烧成制备的试样孔隙率和平均孔径分别为31.4%和1.72μm,其水通量和抗弯强度分别可达到20.30 m3.m-2.h-1.bar-1和61.0 MPa。

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。

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。

Sr和Nb复合掺杂Bi4Ti3O12基高温压电陶瓷的研究

采用传统固相法制备了Bi4Ti3O12+0.91wt%Nb2O5+xwt%SrCO3(BTNO-Sr,0.00≤x≤1.50)层状压电陶瓷,研究了Sr掺杂对BTNO系陶瓷微观结构与电性能的影响。结果表明所有样品均为单一的铋层状结构相陶瓷。适量引入Sr能使BTNO系陶瓷的晶粒尺寸细化与均一,表现出介电弥散性,并改善其压电﹑机电和铁电性能。当x=0.50时,样品性能最佳:相对密度ρ=98.8%,压电常数d33=22 pC/N,平面机电耦合系数kp=9.5%,机械品质因子Qm=4462,剩余极化强度Pr=13.01μC/cm2,居里温度Tc=620℃。此外,介电性能和热稳定性能研究显示材料x=0.50具有好的压电稳定性,适合于制备高温高频压电器件。

稀土尾砂和抛光砖废料资源化制备发泡陶瓷的研究

采用稀土尾砂为主要原料、抛光砖废料为发泡剂,并辅以低温砂、黑泥和滑石等为原料制备轻质发泡陶瓷。实验借助材料试验机等现代测试方法 ,研究了稀土尾砂和抛光砖废料的添加量、烧成温度、保温时间等因素对发泡陶瓷的体积密度、抗压强度等性能的影响规律。实验结果表明:在稀土尾砂60wt%、低温砂20wt%、黑泥15wt%、烧滑石5wt%,抛光砖废料外加量15wt%,烧成温度1150℃、保温时间30min的条件下,所制备的轻质发泡陶瓷材料具有良好性能,体积密度为0.31g/cm3、抗压强度5.63MPa,能够满足使用性能的要求。

粉煤灰固体废弃物制备瓷质砖的实验研究

以江西景德镇发电厂排放粉煤灰以及经浮选脱碳的粉煤灰为主要原料,采用本地其他廉价原料为辅助原料制得粉煤灰瓷质砖。实验研究了不同原料、原料的配比和烧成温度等对瓷砖的烧成收缩、吸水性和抗折强度的影响。研究发现:粉煤灰的最高掺量可达75wt%,烧成温度1160℃保温30min,所得瓷质砖抗折强度为61.87MPa,吸水率为0.23%,收缩为7.4%,能满足制备瓷质砖的要求。

Mn改性Na(0.5)Bi(2.5)Nb2O9高温压电陶瓷的研究

采用固相法获得了Mn改性的Na0.5Bi2.5Nb2O9（NBN＋xmol%MnCO3,0≤x≤10.0）铋层状压电陶瓷,并系统地研究了Mn（掺杂）对NBN基陶瓷显微结构与电性能的影响.结果表明,所有获得的样品都是居里点在700℃以上的单一相铁电体.加入Mn显著地提高了NBN系列陶瓷的机械品质因素Qm,明显改善了陶瓷的压电与机电性能.当MnCO3掺杂量为8.0mol%时,陶瓷获得最佳电性能：tanδ=0.749%,d33=20 pC/N,Qm=3120,kp=12.37%,kt=21.09%,Pr=7.01μC/cm2.NBN＋xmol%MnCO3（x=8.0）陶瓷经700℃退极化处理后,其d33保持为原来的75%（~15 pC/N）,表明该材料在高温领域下具有良好的应用前景.

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／℃。

Zn_(1-x)Mg_xZrNb_2O_8微波介质陶瓷的结构与性能研究

采用传统的固相反应合成法制备了Zn1-xMgxZr Nb2O8(x=0-0.4)微波介质陶瓷。研究了Mg2+的取代量x对Zn1-xMgxZr Nb2O8陶瓷的烧结特性、物相组成、显微结构以及微波介电性能的影响。结果表明:Zn1-xMgxZr Nb2O8陶瓷的烧结温度随着Mg2+取代量x的增加,略有提升;当x=0-0.3时,体系形成了单相的(Zn,Mg)Zr Nb2O8固溶体,而当x=0.4时,体系除了形成(Zn,Mg)Zr Nb2O8固溶体外,还有少量未知杂相生成;随着Mg2+的取代量的增加,Zn1-xMgxZr Nb2O8陶瓷的微波介电性能呈现不同的变化规律。当x=0.2时,组分为Zn0.8Mg0.2Zr Nb2O8的陶瓷在1230℃烧结4 h,可获得较佳的微波介电性能:εr=27.55,Q×f=58731 GHz,τf=-66.7×10-6/℃。

蛇纹石尾矿资源化制备发泡陶瓷的研究

以蛇纹石尾矿为主要原料,抛光砖废料为发泡剂、再辅以低温砂、滑石、膨润土等原料制备发泡陶瓷。实验研究了配方组成、烧成温度等因素对发泡陶瓷材料性能的影响。结果表明:当蛇纹石尾矿45wt.%、低温砂43wt.%、滑石7wt.%、膨润土5wt.%、抛光砖废料外加量为10wt.%,烧成温度1150℃、保温时间15min的条件下,可以制备出综合性能良好的发泡陶瓷材料,其体积密度为0.66g/cm3、抗压强度为7.22MPa,能够满足使用性能的要求。