化學法制備KBT基無鉛電子陶瓷.pdf

1、壓電陶瓷的研究和開發(fā)是當前材料領域的研究熱點之一。但目前應用的壓電陶瓷仍以PZT鉛基陶瓷為主，其主成分是有毒的鉛，長期應用此類材料，將嚴重影響人類健康并對生態(tài)環(huán)境造成極大的損害。因此開發(fā)新型無鉛壓電陶瓷取代現(xiàn)有含鉛壓電陶瓷材料，是一項緊迫且具有重大實用意義的課題，會對人類社會的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生重要的影響。 化學法合成粉料是通過液相方法合成粉料，特別適用于制備多組分、超細粉料，可以充分滿足現(xiàn)代先進功能陶瓷嚴格的質(zhì)量要求，因此受到人們

2、的廣泛關注。本論文的主要工作是采用溶膠-凝膠法，水熱法和溶膠-凝膠-水熱法等化學方法合成K0.5Bi0.5TiO3(縮寫為KBT)、0.2K0.5Bi0.5TiO3-0.8Na0.5Bi0.5TiO3(縮寫為0.2KBT-0.8NBT)和0.4K0.5Bi0.5TiO3-0.6BaTiO3(縮寫為0.4KBT-0.6BT)等KBT基無鉛壓電陶瓷粉體，分析合成工藝對產(chǎn)物晶相和形貌的影響，探討不同化學方法的合成機理。進一步制備出陶瓷樣品，研

3、究陶瓷樣品的結(jié)構(gòu)、微觀形貌及電學性能。 采用溶膠-凝膠法，水熱法和溶膠-凝膠-水熱法分別制備了純鈣鈦礦相KBT粉體和陶瓷。結(jié)果表明，三種方法獲得的粉體在活性和形貌上有較大的不同，并且所得陶瓷樣品的燒結(jié)和電學性能也存在較大區(qū)別。溶膠-凝膠-水熱法可獲得燒結(jié)活性最佳的棒狀納米晶粉體，制得的陶瓷樣品最為致密，電學性能最佳；水熱法可得到燒結(jié)活性較好的四方形納米晶粉體，電學性能較好的陶瓷樣品；而溶膠-凝膠法與前兩種方法相比，獲得的粉體硬團

4、聚難以消除，燒結(jié)活性較差，因此陶瓷樣品較難燒結(jié)致密，電學性能不佳，但仍明顯優(yōu)于采用傳統(tǒng)固相法制備的樣品。三種化學方法所得粉體在形貌和活性上的區(qū)別，是由其化學反應過程決定的。溶膠-凝膠法符合固相擴散機制，水熱法符合溶解-結(jié)晶機制，溶膠-凝膠-水熱法符合原位結(jié)晶機制，其中凝膠團聚體為粉體棒狀形貌的水熱形成提供了“模板”。 采用溶膠-凝膠-水熱法合成了結(jié)晶良好，針狀形貌的0.4KBT-0.6BT純鈣鈦礦相納米粉體，研究發(fā)現(xiàn)水熱條件的提

5、高有利于0.4KBT-0.6BT粉體的合成。但由于K在高溫燒結(jié)時的揮發(fā)，以此粉體燒結(jié)制備的陶瓷出現(xiàn)難以消除的雜相，影響了陶瓷的致密度和電學性能。采用溶膠-凝膠-水熱法合成出具有棒狀形貌的0.2KBT-0.8NBT粉體，通過不同水熱條件下樣品的TEM分析證明凝膠前驅(qū)體為此種納米晶棒狀形貌的形成提供了模板作用，因此溶膠-凝膠-水熱法制備0.2KBT-0.8NBT納米棒的水熱機制符合原位結(jié)晶機理。此外，以此粉體制備出致密度超過97％的純鈣鈦礦