(R)TGG片狀晶體模板的熔鹽法合成及其生長機(jī)理的研究.pdf

1、模板晶粒生長技術(shù)(TGG)和反應(yīng)模板晶粒生長技術(shù)(RTGG)可以使陶瓷晶粒在燒結(jié)過程中定向生長，從而大幅度提高陶瓷材料的性能，甚至可與單晶材料相媲美。在此過程中，最為關(guān)鍵的是對模板晶體的外形、大小、模板晶體在基體粉料中的含量以及燒結(jié)條件進(jìn)行精確控制。根據(jù)RTGG和TGG技術(shù)的工藝要求和模板晶體的選擇原則，分別選用Bi4Ti3O12和SrTiO3片狀晶體作為RTGG和TGG法制備晶粒定向生長的(Na1/2Bi1/2)TiO3-BaTiO3

2、(BNBT)織構(gòu)化陶瓷的模板，因此生長完好、尺寸均一、高寬厚比的Bi4Ti3O12和SrTiO3片狀晶體的合成是至關(guān)重要的。熔鹽法(MSS)可以顯著降低合成溫度和縮短反應(yīng)時間，并有效地控制晶體的形貌和尺寸，是合成片狀晶體的理想方法。
　　 采用一步熔鹽法合成Bi4Ti3O12片狀晶體，通過XRD和SEM研究了各工藝因素對Bi4Ti3O12晶體物相、形貌和尺寸的影響。使用KCl-NaCl復(fù)合熔鹽，在850℃下即可得到單一的Bi4T

3、i3O12晶體，隨著合成溫度的提高和保溫時間的延長，Bi4Ti3O12晶體尺寸不斷增大，形貌也趨于規(guī)則的圓片狀，1050℃保溫60 min的條件下合成了5-10μm的圓片狀Bi4Ti3O12晶體；熔鹽含量對Bi4Ti3O12片狀晶體的形貌和尺寸有一定的影響，確定料/鹽=1/1最為合適；使用堿金屬氯鹽合成的Bi4Ti3O12晶體尺寸大于使用堿金屬硫酸鹽，使用復(fù)合熔鹽合成的Bi4Ti3O12晶體的形貌和尺寸都要好于使用單一的熔鹽。
　

4、　 采用兩步熔鹽法合成SrTiO3片狀晶體。第一步，以SrCO3和TiO2為原料，在熔鹽中合成前驅(qū)體Sr3Ti2O7片狀晶體，并研究了合成溫度、保溫時間、熔鹽含量和熔鹽種類等工藝因素對Sr3Ti2O7晶體的物相和形貌尺寸的影響。在最佳工藝條件即1250℃保溫6 h和料/鹽=1/1下，使用KCl作為熔鹽合成得到了尺寸為10-15μm×2μm的Sr3Ti2O7片狀晶體。第二步，以Sr3Ti2O7片狀晶體作為前驅(qū)體與TiO2在熔鹽中合成Sr

5、TiO3片狀晶體。隨著合成溫度的提高和保溫時間的延長，Sr3Ti2O7逐漸向SrTiO3轉(zhuǎn)變，在1200℃保溫4h的條件下，得到了生長完好、尺寸均一、高寬厚比的SrTiO3片狀晶體，SrTiO3片狀晶體的形貌和尺寸由其Sr3Ti2O7前驅(qū)體決定。使用KCl、KCl-NaCl和NaCl作為熔鹽，最終合成的SrTiO3片狀晶體的尺寸分別為10-15μm×2μm、15-30μm×2μm和30-50μm×2μm；寬厚比分別為5:1-10:1、1

6、0:1-15:1和15:1-25:1。
　　 熔鹽法合成Sr3Ti2O7片狀晶體的生長機(jī)理可以概括為“成核-結(jié)構(gòu)重排-分解-擴(kuò)散-原位外延生長”的機(jī)理模型。SrCO3和TiO2反應(yīng)生成SrTiO3晶核；大多數(shù)SrTiO3晶核重排生長成大尺寸的片狀SrTiO3基體；過量的SrCO3分解成SrO，并融于高溫熔鹽中；SrO或Sr2+、O2-在熔鹽作用下擴(kuò)散到SrTiO3基體表面并滲入其內(nèi)部形成片狀的Sr3Ti2O7晶體；未參與原位生長

7、的SrO以及未參與重排的SrTiO3晶核在熔鹽的作用下，擴(kuò)散到Sr3Ti2O7晶體表面并重新外延生長成更大尺寸的Sr3Ti2O7片狀晶體。Sr3Ti2O7片狀晶體的成分和尺寸主要由擴(kuò)散和原位外延生長決定。在熔鹽中，Sr3Ti2O7向SrTiO3轉(zhuǎn)變?yōu)榫植炕瘜W(xué)反應(yīng)過程。在TiO2作用下，Sr3Ti2O7晶體中巖鹽結(jié)構(gòu)的SrO層被破壞并以Sr2+和O2-形式溶出，剩余的SrTiO3結(jié)構(gòu)重新疊合聯(lián)結(jié)，產(chǎn)物基本保持原有Sr3Ti2O7片狀晶體的