铁电陶瓷材料,是指具有铁电效应的一类功能性陶瓷材料,它是热释电材料的一个分支。
可用于大容量的电容器、高频用微型电容器、高压电容器、叠层电容器和半导体陶瓷电容器等,可以制作介质放大器和相移器等。利用其热释电性,可制作红外探测器等。也用于制造光阀、光调制器、激光防护镜和热电探测器等。广泛应用于航天、军工、新能源产品。
这里介绍,主要是参考它的加工工艺,比如为固体电解质的加工提供一定的参考。另一方面是顺便了解一下这特种陶瓷的用途。
室温研磨法固相反应制备铁电陶瓷粉末
――机械合金化制备的铁电体:钛酸钡
钛酸钡(BaTiO,或BT)是第一种铁电陶瓷,具有较好的介电、铁电和压电性能,在压电致动器、多层陶瓷电容器(MLC)和正温度系数热敏电阻(PTCR)等应用中具有重要意义。
采用行星球磨机及Zr02研磨介质球磨Ti02(金红石)和BaO制得 了BT。其中:球料比为20:1,球磨机公转和自转速度分别为320r/min和400r/min。混合物粉末分别球磨了O.5、1、2和4h。球磨1h后开始形成少量的无定形BT,但初始氧化物仍存在,这说明短时的机械粉碎不足以得到结晶性好的纯BT。球磨4h后,基本得到纯的BT相,没有生成中间相Ba2TiO4,晶粒尺寸为20—50nm,但粉末在一定程度下强烈团聚。球磨4h的粉末在1330℃烧结2 h后可得到四方晶系的BT。
有专家研究了振动粉碎时间及煅烧温度对BT相形成及颗粒尺寸的影响。对BaC03和Ti02振动粉碎0.5h后在700~1400℃(空气气氛)煅烧2h后发现,700℃时开始形成BT,但仍有未反应的初始氧化 物BaCO3和TiO2。随着煅烧温度的升高,BT相增多,初始反应物减少,
出现Ba2TiO4中间相。在1100℃,初始氧化物完全消失,但仍然有Ba2TiO4存在,增加煅烧温度至1300℃,基本获得单相BT。进一步的研究表明,延长振动粉碎时间,可以显著降低煅烧温度和晶粒尺寸,原料振动粉碎30h后在1200℃煅烧2h便可获得单相BT。
――机械合金化制备的铁电体:钛酸铅
钛酸铅(PbTiO3或PT)陶瓷是典型的铁电材料,相转变温度(居里温度)为490℃。PT陶瓷的制备方法众多,然而,不添加其它元素而采用传统的陶瓷加工方法不能制得盯陶瓷,添加掺杂物后可以通过传统陶瓷加工工艺制备致密的PT陶瓷,但添加其它元素可能会恶化其电学性能。
使用机械合金化制备了无裂纹PT粉末。PbO-TiO2(锐钛矿)体系在1100℃下烧结1h获得PT陶瓷的平均粒度约lμm,且随球磨时间延长而减小。无裂纹PT陶瓷的形成是由于机械合金化得到的PT粉末具有纳米级晶粒,烧结性更好,可在相对低的温度下烧结而不产生微裂纹。
有专家对PbO和TiO2球磨24h后固态烧结制得了PT陶瓷。结果表明采用普通球磨可直接得到单相PT,PT晶粒极度细小,活性更大。晶粒尺寸是PT陶瓷裂纹和孔隙形成的关键影响因素,随着烧结温度的增加,平均晶粒度近似成指数关系增大。球磨后的胛粉末容易烧结,延长烧结过程中的保温时间可以使PT陶瓷的烧结温度降低。在不高于700℃的温度下烧结可得到无裂纹的PT陶瓷,而高于800℃时产生裂纹,1050℃时则自发断裂。
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