CN115385684A - 一种调控Ti基钙钛矿铁电陶瓷微结构和性质的方法 - Google Patents
一种调控Ti基钙钛矿铁电陶瓷微结构和性质的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115385684A CN115385684A CN202211141978.0A CN202211141978A CN115385684A CN 115385684 A CN115385684 A CN 115385684A CN 202211141978 A CN202211141978 A CN 202211141978A CN 115385684 A CN115385684 A CN 115385684A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- tio
- powder
- microstructure
- ceramic
- based perovskite
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 79
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 title claims abstract description 22
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 title claims abstract description 18
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 61
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 34
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 28
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000004931 aggregating effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 14
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims description 11
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical group CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910015902 Bi 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 2
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 claims description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 2
- 238000007873 sieving Methods 0.000 claims description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 2
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 abstract description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 19
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 16
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- YLZOPXRUQYQQID-UHFFFAOYSA-N 3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)-1-[4-[2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidin-5-yl]piperazin-1-yl]propan-1-one Chemical compound N1N=NC=2CN(CCC=21)CCC(=O)N1CCN(CC1)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F YLZOPXRUQYQQID-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 4
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 4
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 4
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 4
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 4
- AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CCNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 2
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/46—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates
- C04B35/462—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates based on titanates
- C04B35/475—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates based on titanates based on bismuth titanates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
- C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
- C04B35/6261—Milling
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3201—Alkali metal oxides or oxide-forming salts thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3205—Alkaline earth oxides or oxide forming salts thereof, e.g. beryllium oxide
- C04B2235/3213—Strontium oxides or oxide-forming salts thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
- C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
- C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
- C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
- C04B2235/3232—Titanium oxides or titanates, e.g. rutile or anatase
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
本发明公开了一种调控Ti基钙钛矿铁电陶瓷微结构和性质的方法。该方法将原料通过高温烧结后得到化学式为Bi0.38Na0.38Sr0.24TiO3的Ti基钙钛矿铁电陶瓷，原料包括Bi2O3、SrCO3、Na2CO3和TiO2粉末，其中，TiO2粉末具有球形级联微结构，该球形级联微结构是由粒径为100‑250nm的较小微球，通过聚集构成粒径为1.0‑1.8μm的较大微球。相比于添加助烧剂来调控微结构和性质的传统方法，本发明方法制备陶瓷样品不会改变陶瓷的成分或者使成分复杂化，便捷高效，无复杂工艺，成本较低，可以应用在实际工业生产中。
Description
技术领域
本发明涉及一种调控Ti基钙钛矿铁电陶瓷微结构和性质的方法。
背景技术
Ti基钙钛矿铁电陶瓷如Pb(Zr,Ti)O3、BaTiO3等是一类重要的战略性功能材料，在军民领域有着非常广泛的应用。这类铁电陶瓷的宏观电学性质与其微结构如晶粒尺寸、相对密度等密切相关，因此，如何调控铁电陶瓷的微结构是一个获得广泛关注的研究课题。目前，调控铁电陶瓷微结构的有效方法是，在获得单相铁电材料粉末的基础上，添加各种不同的助烧剂如ZnO，CuO，Li2CO3等，然后再高温烧结。理论上，这些添加的助烧剂应该局域存在于铁电陶瓷的晶界处并实现对铁电陶瓷的晶粒尺寸等微结构参数的调控，而不应该进入铁电材料的晶格并占据格点位置；但是由于高温烧结过程中的热扩散，部分助烧剂中的阳离子会进入铁电材料的晶格并占据格点位置，从而导致取代固溶，这一过程会形成阴离子空位或把铁电陶瓷自身中的部分阳离子挤出晶格位置并形成杂相氧化物。因此，不管是局域于晶界还是进入晶格而形成的取代固溶或杂相，添加助烧剂都会在一定程度上使得最终的铁电陶瓷的化学成分更为复杂。因此，发展一种简单且有效的调控铁电陶瓷微结构和铁电性质的方法，具有非常重要的意义。
发明内容
由于Ti基钙钛矿铁电材料是具有主导性地位的铁电材料之一，而调控其铁电陶瓷微结构的方法相对单一，因此本发明提供一种通过TiO2原料调控Ti基钙钛矿铁电陶瓷微结构和性质的方法。
本发明采用的技术方案如下：
一种调控Ti基钙钛矿铁电陶瓷微结构和性质的方法，该方法将原料通过高温烧结后得到化学式为Bi0.38Na0.38Sr0.24TiO3(简写为BNST)的Ti基钙钛矿铁电陶瓷，所述原料包括Bi2O3、SrCO3、Na2CO3和TiO2粉末，其中，TiO2粉末具有球形级联微结构，所述球形级联微结构是由粒径为100-250nm的较小微球，通过聚集构成粒径为1.0-1.8μm的较大微球。
进一步地，所述TiO2粉末的制备包括以下步骤：在TiO2粉末中添加适量的粘结剂PVA或PVB，进行球磨处理24小时，球磨介质为无水乙醇或去离子水；然后在80-100℃干燥处理3小时后，将粉末通过100-200目筛子，获得具有球形级联微结构的TiO2粉末。
优选地，所述粘结剂的质量为TiO2粉末质量的0.1％-1％。
进一步地，所述方法的具体步骤包括：
(1)按照Bi0.38Na0.38Sr0.24TiO3的化学式，将具有球形级联微结构的TiO2、Bi2O3、SrCO3和Na2CO3粉末称量并通过球磨混合均匀，然后把干燥后的混合粉末预烧，随后再次球磨处理，获得单相粉末；
(2)把所述单相粉末经干燥处理后压制成薄片，并置于坩埚中；在高温下烧结，获得Bi0.38Na0.38Sr0.24TiO3陶瓷。
优选地，所述步骤(1)中，预烧的温度为850℃，且时间为3小时。
优选地，所述步骤(2)中，高温烧结的温度为1000℃-1100℃，时间为1-4小时。
本发明的有益效果在于：
(1)通过添加粘结剂，并采用简单易行的球磨方法，可获得具有球形级联微结构的TiO2原料粉末。
(2)采用具有球形级联微结构的TiO2原料，即可有效调控最终产物BNST铁电陶瓷的微结构和铁电性质。相对于采用球形均匀微结构TiO2原料制备的BNST陶瓷，本发明采用球形级联微结构TiO2原料制备的BNST陶瓷具有更大的晶粒尺寸；采用球形均匀微结构TiO2原料制备的BNST陶瓷，表现出不依赖于烧结温度的遍历性弛豫铁电性质，而采用球形级联微结构的TiO2原料制备的BNST陶瓷，则表现出不依赖于烧结温度的非遍历性弛豫铁电性质和更优的压电性质。相比于添加助烧剂来调控微结构和性质的传统方法，该方法制备陶瓷样品不会改变陶瓷的成分或者使成分复杂化，便捷高效，无复杂工艺，成本较低，可以应用在实际工业生产中。
(3)本发明通过调控原料的微结构实现，这一简单方法为调控铁电陶瓷的结构、电学性质提供了一种非常便捷高效的设计思路。
附图说明
图1是(a)实施例1和(b)实施例2制备得到的TiO2粉末的扫描电子显微镜图。
图2是实施例3、4、5、6制备得到的系列BNST陶瓷样品的X射线衍射谱。
图3是实施例3、4、5、6制备得到的系列BNST陶瓷样品的扫描电子显微镜图。
图4是实施例3、4、5、6制备得到的系列BNST陶瓷样品的密度图。
图5是实施例3、4、5、6制备得到的系列BNST陶瓷样品的室温电滞回线图。
图6是实施例3、4、5、6制备得到的系列BNST陶瓷样品的电流-电场关系图。
图7是实施例3、4、5、6制备得到的系列BNST陶瓷样品的压电系数图。
具体实施方式
实施例1
为了与本发明效果进行对比，本实施例先制备常规的具有球形均匀微结构的TiO2原料。称量干燥处理的22克TiO2粉末，放入带有球磨珠的容积为100毫升的球磨罐并加入30毫升无水乙醇，球磨24小时。在80℃下干燥处理3小时，获得相应的TiO2粉末。
实施例2
本实施例制备具有球形级联微结构的TiO2原料。称量干燥处理的22克TiO2粉末，放入带有球磨珠的容积为100毫升的球磨罐并加入30毫升无水乙醇以及0.06克PVA粉末，球磨24小时。在80℃下干燥处理3小时，获得相应的TiO2粉末。
实施例3
称量干燥处理的8.7073克Bi2O3，1.9647克Na2CO3，3.8403克SrCO3和8.0677克实施例1获得的具有球形均匀微结构的TiO2粉末，放入带有球磨珠的容积为100毫升的球磨罐并加入30毫升无水乙醇，球磨24小时使其混合均匀。在80℃下干燥处理3小时后，将粉末放入Al2O3坩埚，用Al2O3圆片盖在坩埚上，使粉末处于密封状态。将坩埚置于箱式炉中，从室温到450℃并保温60分钟，再升温至预烧温度(850℃)保温3小时后降温到400℃，随后随炉冷却至室温，全程升降温速率都控制在3℃/分钟。将获得的粉末再次球磨并干燥处理，获得单相BNST粉末。之后把适量的粉末压成直径约为10毫米，厚度约为2毫米的薄片。在Al2O3坩埚底部铺一薄层BNST粉末之后再放入成型好的薄片，并用该粉末覆盖薄片，最后将Al2O3圆片盖在坩埚上，使薄片处于密封状态。将密封有薄片的坩埚放入箱式炉中并升温，从室温到450℃并保温60分钟，再升温至烧结温度(1000℃)保温3小时后降温到400℃，随后随炉冷却至室温，全程升降温速率都控制在3℃/分钟。获得单相的BNBT陶瓷，先对其进行抛光打磨和镀电极，然后对其结构性质进行表征。
实施例4
称量干燥处理的8.7073克Bi2O3，1.9647克Na2CO3，3.8403克SrCO3和8.0677克实施例1获得的具有球形均匀微结构的TiO2粉末，放入带有球磨珠的容积为100毫升的球磨罐并加入30毫升无水乙醇，球磨24小时使其混合均匀。在80℃下干燥处理3小时后，将粉末放入Al2O3坩埚，用Al2O3圆片盖在坩埚上，使粉末处于密封状态。将坩埚置于箱式炉中，从室温到450℃并保温60分钟，再升温至预烧温度(850℃)保温3小时后降温到400℃，随后随炉冷却至室温，全程升降温速率都控制在3℃/分钟。将获得的粉末再次球磨并干燥处理，获得单相BNST粉末。之后把适量的粉末压成直径约为10毫米，厚度约为2毫米的薄片。在Al2O3坩埚底部铺一薄层BNST粉末之后再放入成型好的薄片，并用该粉末覆盖薄片，最后将Al2O3圆片盖在坩埚上，使薄片处于密封状态。将密封有薄片的坩埚放入箱式炉中并升温，从室温到450℃并保温60分钟，再升温至烧结温度(1100℃)保温3小时后降温到400℃，随后随炉冷却至室温，全程升降温速率都控制在3℃/分钟。获得单相的BNBT陶瓷，先对其进行抛光打磨和镀电极，然后对其结构性质进行表征。
实施例5
称量干燥处理的8.7073克Bi2O3，1.9647克Na2CO3，3.8403克SrCO3和8.0677克实施例2获得的具有球形级联微结构的TiO2粉末，放入带有球磨珠的容积为100毫升的球磨罐并加入30毫升无水乙醇，球磨24小时使其混合均匀。在80℃下干燥处理3小时后，将粉末放入Al2O3坩埚，用Al2O3圆片盖在坩埚上，使粉末处于密封状态。将坩埚置于箱式炉中，从室温到450℃并保温60分钟，再升温至预烧温度(850℃)保温3小时后降温到400℃，随后随炉冷却至室温，全程升降温速率都控制在3℃/分钟。将获得的粉末再次球磨并干燥处理，获得单相BNST粉末。之后把适量的粉末压成直径约为10毫米，厚度约为2毫米的薄片。在Al2O3坩埚底部铺一薄层BNST粉末之后再放入成型好的薄片，并用该粉末覆盖薄片，最后将Al2O3圆片盖在坩埚上，使薄片处于密封状态。将密封有薄片的坩埚放入箱式炉中并升温，从室温到450℃并保温60分钟，再升温至烧结温度(1000℃)保温3小时后降温到400℃，随后随炉冷却至室温，全程升降温速率都控制在3℃/分钟。获得单相的BNBT陶瓷，先对其进行抛光打磨和镀电极，然后对其结构性质进行表征。
实施例6
称量干燥处理的8.7073克Bi2O3，1.9647克Na2CO3，3.8403克SrCO3和8.0677克实施例2获得的具有球形级联微结构的TiO2粉末，放入带有球磨珠的容积为100毫升的球磨罐并加入30毫升无水乙醇，球磨24小时使其混合均匀。在80℃下干燥处理3小时后，将粉末放入Al2O3坩埚，用Al2O3圆片盖在坩埚上，使粉末处于密封状态。将坩埚置于箱式炉中，从室温到450℃并保温60分钟，再升温至预烧温度(850℃)保温3小时后降温到400℃，随后随炉冷却至室温，全程升降温速率都控制在3℃/分钟。将获得的粉末再次球磨并干燥处理，获得单相BNST粉末。之后把适量的粉末压成直径约为10毫米，厚度约为2毫米的薄片。在Al2O3坩埚底部铺一薄层BNST粉末之后再放入成型好的薄片，并用该粉末覆盖薄片，最后将Al2O3圆片盖在坩埚上，使薄片处于密封状态。将密封有薄片的坩埚放入箱式炉中并升温，从室温到450℃并保温60分钟，再升温至烧结温度(1100℃)保温3小时后降温到400℃，随后随炉冷却至室温，全程升降温速率都控制在3℃/分钟。获得单相的BNBT陶瓷，先对其进行抛光打磨和镀电极，然后对其结构性质进行表征。
测试结果：
图1(a)、1(b)分别是实施例1、2获得的TiO2原料的扫描电子显微镜(SEM)图，可以看到，实施例1获得的TiO2粉末具有均匀微结构特征，其平均粒径大小为100nm；而实施例2获得的TiO2粉末则具有球形级联微结构特征，平均粒径为150nm的较小微球通过聚集构成平均粒径为1.2μm的较大微球。
图2是实施例3、4、5、6制备得到的系列BNST陶瓷样品的X射线衍射谱(XRD)，从图中可以看出，所有BNST陶瓷的X射线衍射峰均来源于钙钛矿结构，证实了所有陶瓷均为单相且具有钙钛矿结构。
图3是实施例3、4、5、6制备得到的系列BNST陶瓷样品扫描电子显微镜(SEM)图，可以看到，实施例3、实施例4、实施例5、实施例6具有不同的微结构特征；在1000℃或1100℃烧结温度下，采用具有球形级联微结构TiO2原料所制备的BNST陶瓷，其晶粒尺寸均大于采用具有球形均匀微结构TiO2原料所制备、在对应温度下烧结的BNST陶瓷。其原理是，具有球形级联微结构TiO2原料，在高温下，其不同元素之间更容易扩散，促进高温下的化学反应，从而获得更大的晶粒。
图4是实施例3、4、5、6制备得到的系列BNST陶瓷的密度图，可以看到，在1000℃或1100℃烧结温度下，采用具有球形均匀微结构TiO2原料所制备的BNST陶瓷，其密度均大于采用具有球形均匀微结构TiO2原料所制备、在对应温度下烧结的BNST陶瓷。说明了采用具有球形级联微结构TiO2原料所制备的BNST陶瓷具有更致密的微结构。
图5是实施例3、4、5、6制备得到的系列BNST陶瓷的电滞回线图，可以看到，在1000℃或1100℃烧结温度下，采用具有球形均匀微结构TiO2原料所制备的BNST陶瓷，其电滞回线具有明显的“束腰”特征，如箭头所示，这说明其具有不依赖于烧结温度的遍历性弛豫铁电体性质；而采用具有球形级联微结构TiO2原料所制备的BNST陶瓷，其电滞回线则没有“束腰”特征，这说明其具有不依赖于烧结温度的非遍历性弛豫铁电体性质。
图6是实施例3、4、5、6制备得到的系列BNST陶瓷的电流-电场关系图，可以看到，在1000℃或1100℃烧结温度下，采用具有球形均匀微结构TiO2原料所制备的BNST陶瓷，其电流-电场关系图显示出四个电流峰，这进一步证明其具有不依赖于烧结温度的遍历性弛豫铁电体性质；而采用具有球形级联微结构TiO2原料所制备的BNST陶瓷，其电流-电场关系图则仅有两个电流峰，这进一步证明其具有不依赖于烧结温度的非遍历性弛豫铁电体性质。
图7是实施例3、4、5、6制备得到的系列BNST陶瓷的压电系数图，在1000℃或1100℃烧结温度下，采用具有球形级联微结构TiO2原料所制备的BNST陶瓷，其压电系数均大于采用具有球形均匀微结构TiO2原料所制备、在对应温度下烧结的BNST陶瓷。
Claims (6)
1.一种调控Ti基钙钛矿铁电陶瓷微结构和性质的方法，其特征在于，该方法将原料通过高温烧结后得到化学式为Bi0.38Na0.38Sr0.24TiO3的Ti基钙钛矿铁电陶瓷，所述原料包括Bi2O3、SrCO3、Na2CO3和TiO2粉末，其中，TiO2粉末具有球形级联微结构，所述球形级联微结构是由粒径为100-250nm的较小微球，通过聚集构成粒径为1.0-1.8μm的较大微球。
2.根据权利要求1所述的一种调控Ti基钙钛矿铁电陶瓷微结构和性质的方法，其特征在于，所述TiO2粉末的制备包括以下步骤：
在TiO2粉末中添加适量的粘结剂PVA或PVB，进行球磨处理24小时，球磨介质为无水乙醇或去离子水；然后在80-100℃干燥处理3小时后，将粉末通过100-200目筛子，获得具有球形级联微结构的TiO2粉末。
3.根据权利要求2所述的一种调控Ti基钙钛矿铁电陶瓷微结构和性质的方法，其特征在于，所述粘结剂的质量为TiO2粉末质量的0.1％-1％。
4.根据权利要求1至3之一所述的一种调控Ti基钙钛矿铁电陶瓷微结构和性质的方法，其特征在于，所述方法的具体步骤包括：
(1)按照Bi0.38Na0.38Sr0.24TiO3的化学式，将具有球形级联微结构的TiO2、Bi2O3、SrCO3和Na2CO3粉末称量并通过球磨混合均匀，然后把干燥后的混合粉末预烧，随后再次球磨处理，获得单相粉末；
(2)把所述单相粉末经干燥处理后压制成薄片，并置于坩埚中；在高温下烧结，获得Bi0.38Na0.38Sr0.24TiO3陶瓷。
5.根据权利要求4所述的一种调控Ti基钙钛矿铁电陶瓷微结构和性质的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，预烧的温度为850℃，且时间为3小时。
6.根据权利要求4所述的一种调控Ti基钙钛矿铁电陶瓷微结构和性质的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，高温烧结的温度为1000℃-1100℃，时间为1-4小时。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211141978.0A CN115385684B (zh) | 2022-09-20 | 2022-09-20 | 一种调控Ti基钙钛矿铁电陶瓷微结构和性质的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211141978.0A CN115385684B (zh) | 2022-09-20 | 2022-09-20 | 一种调控Ti基钙钛矿铁电陶瓷微结构和性质的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115385684A true CN115385684A (zh) | 2022-11-25 |
| CN115385684B CN115385684B (zh) | 2023-04-07 |
Family
ID=84126293
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211141978.0A Active CN115385684B (zh) | 2022-09-20 | 2022-09-20 | 一种调控Ti基钙钛矿铁电陶瓷微结构和性质的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115385684B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115974551A (zh) * | 2022-12-15 | 2023-04-18 | 南京大学 | 一种制备压电材料细晶粉末的方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0360564A2 (en) * | 1988-09-20 | 1990-03-28 | Ngk Insulators, Ltd. | Method of producing a ceramic material for insert casting |
| CN103265288A (zh) * | 2013-05-10 | 2013-08-28 | 伊犁师范学院 | 大介电常数压电陶瓷及其制备方法 |
| CN103682294A (zh) * | 2012-09-24 | 2014-03-26 | 中信国安盟固利动力科技有限公司 | 一种合成钛酸锂纳米微球的制备方法 |
| CN104211391A (zh) * | 2014-09-27 | 2014-12-17 | 桂林理工大学 | 温度稳定型中介电常数微波介电陶瓷Bi3La5Ti7O26 |
| CN104761255A (zh) * | 2015-03-11 | 2015-07-08 | 聊城市福和实业有限公司 | 一种高温无铅压电陶瓷复合物及其应用 |
| CN107244913A (zh) * | 2017-05-19 | 2017-10-13 | 南京理工大学 | 一种复合高温压电陶瓷材料 |
| CN113666742A (zh) * | 2021-08-30 | 2021-11-19 | 南京大学 | 一种通过掺杂实现弛豫-正常铁电相变的材料及其方法 |
| CN114644523A (zh) * | 2022-04-16 | 2022-06-21 | 昆明理工大学 | 一种钙钛矿结构高熵介电陶瓷及其制备方法 |
-
2022
- 2022-09-20 CN CN202211141978.0A patent/CN115385684B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0360564A2 (en) * | 1988-09-20 | 1990-03-28 | Ngk Insulators, Ltd. | Method of producing a ceramic material for insert casting |
| CN103682294A (zh) * | 2012-09-24 | 2014-03-26 | 中信国安盟固利动力科技有限公司 | 一种合成钛酸锂纳米微球的制备方法 |
| CN103265288A (zh) * | 2013-05-10 | 2013-08-28 | 伊犁师范学院 | 大介电常数压电陶瓷及其制备方法 |
| CN104211391A (zh) * | 2014-09-27 | 2014-12-17 | 桂林理工大学 | 温度稳定型中介电常数微波介电陶瓷Bi3La5Ti7O26 |
| CN104761255A (zh) * | 2015-03-11 | 2015-07-08 | 聊城市福和实业有限公司 | 一种高温无铅压电陶瓷复合物及其应用 |
| CN107244913A (zh) * | 2017-05-19 | 2017-10-13 | 南京理工大学 | 一种复合高温压电陶瓷材料 |
| CN113666742A (zh) * | 2021-08-30 | 2021-11-19 | 南京大学 | 一种通过掺杂实现弛豫-正常铁电相变的材料及其方法 |
| CN114644523A (zh) * | 2022-04-16 | 2022-06-21 | 昆明理工大学 | 一种钙钛矿结构高熵介电陶瓷及其制备方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115974551A (zh) * | 2022-12-15 | 2023-04-18 | 南京大学 | 一种制备压电材料细晶粉末的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115385684B (zh) | 2023-04-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101394340B1 (ko) | 아연과 티타늄을 첨가한 BiFeO3 박막의 제조방법 | |
| CN102311266A (zh) | 一种铌酸钾钠无铅压电陶瓷材料的制备方法 | |
| CN114262228B (zh) | 铌酸钾钠基无铅压电陶瓷及其制备方法和应用 | |
| CN108546125B (zh) | 一种面向高温环境应用的压电陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN114644523A (zh) | 一种钙钛矿结构高熵介电陶瓷及其制备方法 | |
| CN115385684B (zh) | 一种调控Ti基钙钛矿铁电陶瓷微结构和性质的方法 | |
| CN115073169A (zh) | 一种高能量低损耗的(1-x)NBT-SBT-xBKT无铅陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN114085079A (zh) | 一种高储能的非等摩尔比高熵钙钛矿氧化物陶瓷材料及其制备方法 | |
| CN112552048B (zh) | 一种具有高压电性能和高剩余极化强度铌酸钾钠陶瓷的制备方法 | |
| CN106699176A (zh) | 一种钛酸钡基无铅压电陶瓷、其制备方法及应用 | |
| CN111333413B (zh) | 铁酸铋-钛酸铅-钛锡酸钡三元体系高温压电陶瓷材料及其制备方法 | |
| Manotham et al. | Role of ZnO nanoparticle doping on depolarization temperature, piezoelectric and energy harvesting properties of lead-free Bi0. 5 (Na0. 84K0. 16) 0.5 TiO3 ceramics | |
| JP5873641B2 (ja) | ＢａＴｉ２Ｏ５系複合酸化物の製造方法 | |
| CN109485416B (zh) | 一种钛酸钡钙基无铅压电陶瓷及其制备方法 | |
| CN116813331A (zh) | 钛酸锶陶瓷及其制备方法和应用 | |
| CN115849905A (zh) | 一种高温压电陶瓷材料、制备方法及应用 | |
| CN114133215B (zh) | 一种A位高熵钙钛矿ReMnO3热电陶瓷及其制备方法 | |
| CN113402273B (zh) | 一种修饰改性的钛酸铅基高温压电陶瓷及其制备方法 | |
| CN103387390A (zh) | 改善锆钛酸钡介电陶瓷材料直流偏场可调性的方法 | |
| Parjansri et al. | Effect of Sb 2 O 3 on the electrical properties of Ba 0.9 Ca 0.1 Zr 0.1 Ti 0.9 O 3 ceramics fabricated using nanocrystals seed | |
| CN116606143B (zh) | 一种压电陶瓷材料及其制备方法 | |
| KR101219353B1 (ko) | 비스무스계 무연 압전 세라믹스 및 그 제조 방법 | |
| KR101261445B1 (ko) | 비스무스(Ｂｉ)계 무연 압전 세라믹스 및 그 제조 방법 | |
| KR20040104918A (ko) | 세라믹 조성물의 제조방법 | |
| CN115894021B (zh) | 一种高机械品质因数硬性压电陶瓷材料及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |