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内蒙古工业大学:超快速高温烧结钛酸钡压电陶瓷的制备及性能

内蒙古工业大学:超快速高温烧结钛酸钡压电陶瓷的制备及性能

  • 分类:行业动态
  • 发布时间:2023-08-15 10:38
  • 访问量:

【概要描述】

内蒙古工业大学:超快速高温烧结钛酸钡压电陶瓷的制备及性能

【概要描述】

  • 分类:行业动态
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2023年3月,铜仁学院、内蒙古工业大学的研究人员在《硅酸盐学报》上发表题为“超快速高温烧结钛酸钡压电陶瓷的制备及性能”的研究论文,报道了采用超快速高温烧结工艺对纳米钛酸钡粉体进行烧结,系统研究了烧结电流对钛酸钡陶瓷相结构、显微结构、介电、铁电及压电性能的影响规律。

以下内容来自论文,查看论文原文可复制下方链接:

http://www.jccsoc.com/Magazine/Show.aspx?ID=51743

  研究简介  

烧结工艺直接影响陶瓷的显微结构及性能。利用超快速高温工艺制备钛酸钡压电陶瓷,并与常规烧结工艺制备的钛酸钡陶瓷进行对比。研究了超快速高温烧结电流对钛酸钡陶瓷组成、结构以及性能的影响。
结果表明:超快速高温烧结可以抑制晶粒的生长,采用超快速高温烧结工艺在电流为180A保温5min后,钛酸钡陶瓷的室温相对介电常数为3450、介电损耗为 1.89%、压电常数为283 pC·N–1,这些性能均与常规烧结钛酸钡性能相当,超快速高温整个烧结时间较常规工艺缩短了196 倍,是一种新型高效功能陶瓷烧结方法。

  研究内容解读  

钛酸钡(BaTiO3)是钙钛矿结构的铁电材料,广泛应用于电容器、换能器、存储器以及正温度系数电阻器。烧结工艺直接影响钛酸钡陶瓷的介电、 铁电和压电性能。常规烧结工艺烧结钛酸钡陶瓷的温度通常需要高于1250℃,而且烧结时间很长。液相烧结、热等静压法及两步烧结法仍无法明显缩短陶瓷的烧结时间。
为了缩短钛酸钡陶瓷的烧结时间,提高烧结效率,人们开发了多种新型快速烧结工艺。SPS工艺、微波烧结法及闪烧工艺可以在较短的烧结时间内得到性能优异的钛酸钡陶瓷。但SPS 烧结设备昂贵,只能烧结形状简单的样品;闪烧工艺对样品的导电性要求较高,这些问题都不利于SPS和闪烧工艺的大规模应用。

超快速高温烧结工艺烧结时间短并且1次同时可烧结多个样品,不仅可以提高烧结效率,而且可以大大加速新材料的研发。本研究采用超快速高温烧结工艺对纳米钛酸钡粉体进行了烧结,系统研究了烧结电流对钛酸钡陶瓷相结构、显微结构、介电、铁电及压电性能的影响规律。

图1 超快速高温烧结实验装置图

图3 不同烧结工艺钛酸钡陶瓷的SEM照片

图5 CFS和UHS工艺对钛酸钡陶瓷介电性能的影响

图6 烧结工艺对钛酸钡陶瓷铁电性能的影响

图7 常规烧结工艺及超快速高温烧结工艺钛酸钡陶瓷压电性能

  研究结论  

采用超快速高温烧结工艺制备了钛酸钡压电陶瓷,对比研究了超快速高温烧结工艺和常规烧结工艺对钛酸钡陶瓷晶体结构、显微结构、介电、铁电 及压电性能的影响。
1)相比于常规烧结工艺,同样的烧结温度下超快速高温烧结方法的时间短,可明显抑制晶粒长大。超快速高温烧结的最佳温度略高于常规烧结工艺。
2)超快速高温烧结180 A保温5 min后,钛酸钡陶瓷的室温介电常数为3450、介电损耗为1.89%、 压电常数283 pC·N–1。
3)当压电性能接近常规烧结工艺制备的钛酸钡陶瓷样品时,超快速高温工艺的烧结时间缩短到了常规烧结工艺的1/197,证明超快速高温烧结工艺是一种高效的压电陶瓷制备工艺。

——END——

奇遇科技团队也在钛酸钡多孔压电陶瓷的制备工艺方面进行了大量深入的研究工作,对浆料配方、打印参数等进行了探索。团队采用专门用于成形陶瓷的增材制造技术——DLP 3D打印技术,成功制备多种复杂结构的高精度钛酸钡陶瓷。

图1 奇遇科技3D打印钛酸钡多孔陶瓷坯体

图2 奇遇科技3D打印钛酸钡多孔陶瓷坯体

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