《固相燒結(jié)法制備鈦酸鋇陶瓷材料課程設(shè)計》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《固相燒結(jié)法制備鈦酸鋇陶瓷材料課程設(shè)計（10頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

固相燒結(jié)法制備 BaTiO3 BTO 陶瓷材料 0 固相燒結(jié)法制備 BaTiO3 BTO 陶瓷材料 1 前言 1 2 材料結(jié)構(gòu) 1 3 制備 BTO 陶瓷材料 4 3 1 實驗簡介 4 3 2 藥品稱量 4 3 4 預(yù)燒 8 3 5 高溫?zé)Y(jié)制 BTO 粉體 9 3 6 壓片 9 3 7 高溫?zé)Y(jié)制備 BTO 塊材 10 4 樣品檢測與分析 10 5 參考文獻(xiàn) 11 固相燒結(jié)法制備 BaTiO3 BTO 陶瓷材料 0 1 前言 鈦酸鋇是電子陶瓷材料的基礎(chǔ)原料 被稱為電子陶瓷業(yè)的支柱 它 具有高介電常數(shù) 低介電損耗 優(yōu)良的鐵電 壓電 耐壓和絕緣性能 被廣泛的應(yīng)用于制造陶瓷敏感元件 尤其是正溫度系數(shù)熱敏電阻 ptc 多層陶瓷電容器 MLccs 熱電元件 壓電陶瓷 聲納 紅外輻射探測 元件 晶體陶瓷電容器 電光顯示板 記憶材料 聚合物基復(fù)合材料以 及涂層等 鈦酸鋇具有鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu) 用于制造電子陶瓷材料的粉體 粒徑一般要求在 100nm 以內(nèi) 因此 BaTiO3 粉體粒度 形貌的研究一直 是國內(nèi)外關(guān)注的焦點之一 2 材料結(jié)構(gòu) 鈦酸鋇是一致性熔融化合物 其熔點為 1618 在此溫度以下 1460 以上結(jié)晶出來 的鈦酸鋇屬于非鐵電 的六方晶系 6 mmm 點 群 此時 六方晶系 是穩(wěn)定的 在 1460 130 之間鈦酸 鋇轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎解}鈦礦 型結(jié)構(gòu) 在此結(jié)構(gòu)中 Ti4 鈦離子 居于 O2 氧離子 構(gòu)成的氧八 固相燒結(jié)法制備 BaTiO3 BTO 陶瓷材料 1 面體中央 Ba2 鋇離子 則處于八個氧八面體圍成的空隙中 見右圖 此時的鈦酸鋇晶體結(jié)構(gòu)對稱性極高 因此無偶極矩產(chǎn)生 晶體無鐵電性 也無壓電性 隨著溫度下降 晶體的對稱性下降 當(dāng)溫度下降到 130 時 鈦 酸鋇發(fā)生順電 鐵電相變 在 130 5 的溫區(qū)內(nèi) 鈦酸鋇為四方晶系 4mm 點群 具有顯著地鐵電性 其自發(fā)極化強(qiáng)度沿 c 軸方向 即 001 方向 鈦酸鋇從立方晶系轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆骄禃r 結(jié)構(gòu)變化較小 從晶胞來看 只 是晶胞沿原立方晶系的一軸 c 軸 拉長 而沿另兩軸縮短 當(dāng)溫度下降到 5 以下 在 5 90 溫區(qū)內(nèi) 鈦酸鋇晶體轉(zhuǎn)變成正 交晶系 mm2 點群 此時晶體仍具有鐵電性 其自發(fā)極化強(qiáng)度沿原立方晶 胞的面對角線 011 方向 為了方便起見 通常采用單斜晶系的參數(shù)來 描述正交晶系的單胞 這樣處理的好處是使我們很容易地從單胞中看出 自發(fā)極化的情況 鈦酸鋇從四方晶系轉(zhuǎn)變?yōu)檎痪?其結(jié)構(gòu)變化也不 大 從晶胞來看 相當(dāng)于原立方晶系的一根面對角線伸長了 另一根面 對角線縮短了 c 軸不變 固相燒結(jié)法制備 BaTiO3 BTO 陶瓷材料 2 晶相轉(zhuǎn)變 當(dāng)溫度繼續(xù)下降到 90 以下時 晶體由正交晶系轉(zhuǎn)變?yōu)槿本?3m 點群 此時晶體仍具有鐵電性 其自發(fā)極化強(qiáng)度方向與原立方晶胞 的體對角線 111 方向平行 鈦酸鋇從正交晶系轉(zhuǎn)變成三斜晶系 其結(jié) 構(gòu)變化也不大 從晶胞來看 相當(dāng)于原立方晶胞的一根體對角線伸長了 另一根體對角線縮短了 綜上所述 在整個溫區(qū) 1618 鈦酸鋇共有五種晶體結(jié)構(gòu) 即 六方 立方 四方 單斜 三斜 隨著溫度的降低 晶體的對稱性越來 越低 在 130 即居里點 以上 鈦酸鋇晶體呈現(xiàn)順電性 在 130 以下呈現(xiàn)鐵電性 3 制備 BTO 陶瓷材料 3 1 實驗簡介 本試驗采用固相燒結(jié)法制備 BaTiO3 陶瓷材料 所需藥品為一定質(zhì) 量的 BaCO3 和 TiO2 充分研磨后 800 預(yù)燒 研磨后 1200 燒結(jié)制備 BTO 粉體 冷卻后研磨 加粘結(jié)劑 PVC 壓片成型 1400 燒結(jié) 冷卻 后制得樣品 3 2 藥品稱量 每種藥品的稱量按以下三個步驟完成的 粗稱 干燥 細(xì)稱 固相燒結(jié)法制備 BaTiO3 BTO 陶瓷材料 3 粗稱時只要求樣品質(zhì)量精確到 0 01g 粗稱好的樣品應(yīng)及時放入干燥箱 內(nèi)干燥 粗稱的樣品可能被長時間放置過 藥品內(nèi)可能物理吸附了一定 量的水分 為了保證實驗的準(zhǔn)確性所以要對粗稱后的樣品進(jìn)行干燥處理 本次試驗中干燥使用高溫恒溫烘干箱 GHX 系列 如圖 2 1 所示 按下 底座左下方的綠色按鈕后 通過箱蓋上的 SET 按鈕以及表盤可以設(shè)置溫 度以及時間 本次試驗要求溫度設(shè)置在 120 度 烘干兩個小時 烘干時應(yīng)注意以 下兩點 一 干燥樣品前要保證干燥箱內(nèi)清潔無污染 干燥前要用酒精 擦拭干燥箱 若干燥箱長時間不用一定要在不內(nèi)置樣品的情況下干燥半 小時 二 干燥結(jié)束后一定不要立即打開箱蓋 否則樣品會吸附空氣中 的水分 干燥兩個小時后斷電 讓保溫箱的溫度自然冷卻至室溫再取出 樣品 圖 2 1 GHX 系列高溫恒溫烘干箱 圖 2 2 AB135 S 型 電子天平 固相燒結(jié)法制備 BaTiO3 BTO 陶瓷材料 4 細(xì)稱是本次實驗的最關(guān)鍵部分 它直接影響到樣品的摻雜是否準(zhǔn)確 進(jìn)一步會影響到實驗的準(zhǔn)確性 所以細(xì)稱時要求我們要嚴(yán)格按照天平上 標(biāo)注的使用方法進(jìn)行 并且要保證換樣品稱量時要更換稱量紙并且用酒 精清洗藥匙 鑷子 稱量瓶等用具 并詳細(xì)登記所稱質(zhì)量 稱量完畢后 仍要對樣品密封妥善保管 本次實驗中粗稱和細(xì)稱都使用 AB135 S 型高 精度物理分析天平 如圖 2 2 所示 AB135 S 型電子天平精確度達(dá)到 0 00001 克 這就保證了實驗的精 確性與可信度 稱量時對操作者的熟練程度有很高的要求 首先 要保 持雙手的清潔 以防止污染樣品 其次 要把天平放在一個安靜而穩(wěn)定 的實驗臺上 而且要避風(fēng) 由于天平的精確度很高 微弱的振動甚至大 聲說話都能使天平失去平衡 穩(wěn)定的實驗臺能為稱量提供一個相對穩(wěn)定 的工作環(huán)境 具體的操作細(xì)則如下 天平使用前要先調(diào)平 也就是讓天平處于水平狀態(tài) 通過調(diào)節(jié)天平 底座下面的三個調(diào)節(jié)旋鈕來實現(xiàn) 標(biāo)準(zhǔn)是讓天平上面的水平儀中的水泡 居中 天平使用前要調(diào)零 調(diào)節(jié)天平右后面的調(diào)零旋鈕讓光標(biāo)指零 若不 能指零可調(diào)節(jié)里面的平衡螺母讓光標(biāo)指零 打開天平防風(fēng)玻璃 向吊盤內(nèi)添加藥品 添加的準(zhǔn)確程度主要與操 作者的熟練程度有關(guān) 當(dāng)發(fā)現(xiàn)視野中的光標(biāo)向下移動時停止加藥品 待 讀數(shù)后再確定所加量 加完藥品后合上擋風(fēng)玻璃 然后讀數(shù) 若該值與我們所需值相同時 此次稱量即算完成 最后取出藥品前先將制動旋鈕制動 然后將天平砝碼歸零 細(xì)稱時應(yīng)注意幾個問題 一 稱量前要用濕抹布擦拭桌面 保持桌面干凈 固相燒結(jié)法制備 BaTiO3 BTO 陶瓷材料 5 二 桌上放兩張白紙 一張放藥匙 一張放藥品 且每換一種藥品 都要換一次紙 三 每次稱量以 0 點消失時的數(shù)據(jù)為基準(zhǔn) 本過程需要制備 BTO 粉末 2 77g 所需藥品 BaCO3 和 TiO2 的量如表 2 1 所示 表 2 1 第一次稱量所需藥品質(zhì)量 藥品名稱 BaCO3 TiO2 摩爾質(zhì)量 g mol 197 34 79 88 純度 99 0 99 0 所需量 mol 0 01 0 01 所需質(zhì)量 g 1 9933 0 8068 所稱質(zhì)量 g 1 99353 0 80674 粗稱質(zhì)量 g 2 5 1 5 3 3 研磨 本實驗在預(yù)燒前后有兩次研磨 在壓片前有一次研磨 研磨使用如 圖 2 3 所示的瑪瑙研缽 研磨目的是為了將各種藥品混合均勻 并且讓 藥品的顆粒尺寸足夠小 研磨時一定要注意不要讓藥品撒出研缽 同時 不要讓雜質(zhì)混入研缽 具體的要求就是研磨時禁止說話和走動 在樣品 沒有混合均勻前禁止用藥匙等其他物品攪拌 這樣做是為了保證比例的 穩(wěn)定性 提高樣品的純度 另外 研缽在進(jìn)行樣品的研磨前一定要進(jìn)行 清洗 一般先用濃硝酸清洗 而后用水清洗 在水分蒸發(fā)完后再用酒精 進(jìn)行清洗 這樣做能減少雜質(zhì)的混入 提高樣品的純度 固相燒結(jié)法制備 BaTiO3 BTO 陶瓷材料 6 圖 2 3 瑪瑙研缽實物圖 圖 2 4 FW 4A 型粉末壓 片機(jī) 3 4 預(yù)燒 研磨后將樣品放入氧化鋁制成的燒結(jié)舟中 并將燒結(jié)舟放在管式爐 中間的 20 30cm 處均可 預(yù)燒溫度梯度 從室溫 120min 升溫至 800 保溫 120min 自然 降溫至室溫 3 5 高溫?zé)Y(jié)制 BTO 粉體 將預(yù)燒后樣品研磨充分 放入氧化鋁制成的燒結(jié)舟中 并將燒結(jié)舟 放在管式爐中間的 20 30cm 處均可 燒結(jié)溫度梯度 從室溫 240min 升溫至 1200 保溫 24h 自然降 溫至室溫 固相燒結(jié)法制備 BaTiO3 BTO 陶瓷材料 7 3 6 壓片 燒結(jié)后的樣品重新研磨 加適量粘結(jié)劑 PVC 將其壓成直徑為 12 13mm 厚度為 1 5 2mm 的薄片 本實驗所用壓片機(jī)為 FW 4A 型粉 末壓片機(jī) 如圖 2 4 所示 我們分別采用不同壓力 分別為 8Mpa 10Mpa 12Mpa 12Mpa 12Mpa 12Mpa 不同的壓力保持時間 30s 60s 90s 120s 150s 180s 對各替代樣品的預(yù)燒混合物進(jìn) 行壓片 結(jié)果表明 壓片壓力為 12MPa 壓力持續(xù)時間為 120s 左右時 預(yù)燒混合物最易壓片成型 壓力過小 持續(xù)時間過短不易成片 樣品松 散 壓力過大持續(xù)時間過長 樣品容易產(chǎn)生裂紋 易破碎 壓片完成后 把樣品包裝好放入儲藏瓶中以待燒結(jié) 注意事項 首先要做好壓片模具的清潔工作 這樣可以保證待壓片 樣品的純度 避免雜質(zhì)的混入 其次要保證所施壓力的均勻性 壓力點 必須正對工具的正中心 且要慢慢施加壓力 避免忽快忽慢 聽到一聲 響 即表示壓片完成 在工具底部要放上最干凈的棉花 這樣可以提 高樣品的成型率和成型質(zhì)量 3 7 高溫?zé)Y(jié)制備 BTO 塊材 將樣品放入氧化鋁制成的燒結(jié)舟中 并將燒結(jié)舟放在管式爐中間的 20 30cm 處均可 燒結(jié)溫度梯度 從室溫 360min 升溫至 1400 保溫 6h 自然降溫 至室溫即可得 BTO 陶瓷材料樣品 4 樣品檢測與分析 固相燒結(jié)法制備 BaTiO3 BTO 陶瓷材料 8 5 參考文獻(xiàn) 1 續(xù) 京 張 杰 電子陶瓷材料納米欽酸鋇制備工藝的研究進(jìn)展 J 石油化工應(yīng)用 第 28 卷 第 1 期 2009 年 2 月 2 李寶讓 王曉慧 韓秀全 等 放電等離子法燒結(jié) BaTiO3 納米 晶 J 壓電與聲光 2005 27 1 43 46 3 肖長江 靳常青 王曉慧 高壓燒結(jié)納米鈦酸鋇陶瓷的結(jié)構(gòu)和鐵 電性 J 硅酸鹽學(xué)報 2008 36 6 748 750 4 X H Wang X Y Deng H Zhou et al Bulk dense nanocrysta lline BaTiO3 ceramics prepared by novel pressureless two step sintering method J J Electroceram 2007 5 5 Wei ling Luan Lian Gao Jing Kun Guo Comparisions of nanostructured BaTiO3 powders synthesized by sol gel method and sol precipitation method J Journal of Advanced Materials 1999 31 4 3 7 6 Michael Veith Sanjay Mathur Nicolas Lecerf et al Sol ge Synthesisof nano scaled BaTiO3 BaZrO3and BaTi0 5Zr0 5O3 oxide via single source alkoxide precursors and semi alkoxid routes J Journal of Sol Gel Science and Technology 2000 15 14 158