论文部分内容阅读
BaTiO3（简称BT）粉体的晶相结构、粒径、形貌和分散性是表征其质量的重要指标,对其陶瓷的烧结与性能有着重要影响。为了获得纯度高、粒径尺寸小、分散性好的优质BT粉体,本文以Ti（C4H9O）4-Ba（OH）2·8H2O-NH4OH体系为基础,研究了水热合成工艺条件及分散剂的应用对BT粉体颗粒特征的影响,对不同钛源合成的BT粉体的颗粒特征进行了比较,探讨了BT晶体的相变机理。采用掺杂技术,研究了粉体预处理条件及微量组分Sr、Y和Mn对BT陶瓷的烧结和介电性能的影响,并分析了其作用机理。研究结果如下:在纯水介质中,利用Ti（C4H9O）4-Ba（OH）2·8H2O-NH4OH体系水热合成BT粉体的研究表明:采用制备前驱体工艺得到的BT晶体比不制前驱体得到的晶体结晶完整,杂质相少;升高反应温度可促进晶体生长,使合成BT粉体颗粒的粒径增大,且BT晶体的四方化程度升高;提高反应物Ba/Ti比或增大介质浓度,可以提高反应体系的初始过饱和度,使成核速率加快,有利于获得粒径较小的BT粉体;延长反应时间使晶体生长更加充分,晶粒尺寸增大;煅烧温度一定时,升高水热反应过程的温度、延长反应时间或提高反应物Ba/Ti比,有利于BT晶体由立方相向四方向转变,而提高介质浓度使BT晶体的四方化转变困难;提高煅烧温度有利于BT晶体由立方相向四方相转变。对几种不同钛源合成的BT粉体的分析研究表明,以钛酸四丁酯（Ti（C4H9O）4）作钛源且制备前驱体工艺得到的BT粉体粒径最小,在一定的煅烧温度下,其四方化程度最高,TiCl4次之,TiO2作钛源合成BT粉体的粒径大,且四方化转变较困难。水热法合成的BT粉体存在一定的团聚现象,为了改善粉体的分散性,抑制晶粒聚集生长引起的颗粒尺寸大、粒径分布过宽等现象,研究了三种分散剂对水热合成BT粉体粒径及分散性的影响。实验结果表明:乙二醇可以抑制BT晶体长大并显著改善BT粉体的分散性,随着乙二醇添加量的增加,粉体粒径逐渐减小,当乙二醇浓度为1vol%3vol%时,由谢乐公式计算的粉体理论粒径、比表面积计算的当量粒径、激光粒度分析的平均粒径以及由TEM直接观察到的粉体粒径保持一致,仅45nm左右,且粉体趋于单分散;聚丙烯酸（PAA）对BT粉体亦具有较好的分散效果;而羧甲基纤维素钠（CMC）对改善BT粉体分散性效果不明显。水热合成的BT粉体在常规工艺条件下1250℃烧结的陶瓷致密度较低,提高烧结温度又会引起陶瓷晶粒的尺寸较大或出现晶粒异常长大,使陶瓷的致密度和介电性能降低。通过掺杂和对粉体预处理可以改善BT陶瓷的烧结性能和微观结构,提高介电性能。实验结果表明,掺杂Sr、Y或Mn,用乙醇作球磨介质处理粉体并在900℃下预烧,可以促进BT晶体向四方相转变,并有利于陶瓷的致密烧结和晶粒细化;掺入适量的Sr、Y、Mn元素,均可提高BT陶瓷的室温介电常数,掺杂1.0mol%Sr使陶瓷的室温介电常数升高至2400以上,Y对提高BT陶瓷的介电常数作用显著,掺量为0.3mol%时,陶瓷室温介电常数高达21000以上,Mn掺量为0.1mol%时,陶瓷的室温介电常数达到2700以上;掺杂Sr可以降低BT陶瓷的居里温度,而Y和Mn元素可使陶瓷居里温度升高,其中Mn的影响最大,其陶瓷居里温度比无掺杂时升高8℃;BT陶瓷的室温介电常数随频率增大而减小,在约10KHz时达到稳定值。