钛酸锶钡基复合陶瓷的储能性能及其改性研究

钛酸锶陶瓷材料钛酸锶作为重要的、新兴的电子陶瓷材料,具有高的介电常数和高的折射常数,有显著的压电性能,是重要的铁电体,可作为介电材料和光电材料。

钛酸锶(SrTiO3 ) 是一种立方钙钛矿型复合氧化物,在室温下,满足化学计量比的钛酸锶晶体是绝缘体,但在强制还原或搀杂施主金属离子的情况下可以实现半导化。

钛酸锶是重要的、新兴的电子陶瓷材料,具有高的介电常数和高的折射常数,有显著的压电性能,是重要的铁电体。

,有稳定的电滞性质。

在高温超导薄膜、催化、高温固体氧化物燃料电池、电极材料、电化学传感器、氧化物薄膜衬底材料、特殊光学窗口及高质量的溅射靶材等方面应用广泛,可作为介电材料和光电材料,用来制造高压陶瓷电容器、PTC 热敏电阻、晶界层电容器( Grain Boundary Layer Capacitor ,简称GBLC) 、电子元件、光催化电极材料,制造既有电容器功能又有吸收浪涌的压敏电阻器等,它们都具有高性能、高可靠性、体积小等优点。

并且与钛酸钡材料相比,还具有介电损耗低、温度稳定性好,高耐电压强度等优点。

钛酸锶的物理特性：室温下，SrTiO3属于立方晶系，空间群Pm3m，禁带宽度约为3．2eV，a=b=c=0.39051nm，α=β=γ=90。

是一种典型的AB03型钙钛矿型复合氧化物。

许多文献报道钛酸锶的居里温度T C=106K,当T<T C时，钛酸锶由立方相转变为四方相。

SrTi03晶体中，大的阳离子Sr2+位于简立方原胞的顶上，小的阳离子Ti4+位于体心，阴离子02-位于面心。

这样的结构亦可看作是氧八面体顶角相连的网络，较小的阳离子填充氧八面体空位，较大的阳离子填充十二面体空位，如图1-1所示。

而SrTi03的晶界结构如图1-2所示，由图可看出，SrTi03晶界上有很多偏离空间电荷区域(Space Charge Region)的正电荷。

对于产生正电荷的原因，J．C_．verbiinger认为可能是因为晶界表面有很多钛原子(由偏析引起)，而这些钛原子没能很好地与氧原子结合，即钛原子的核电荷没有被中和，最终结果便是在晶界上产生了正电荷。

钛酸锶钡微波铁电材料掺杂改性研究的开题报告一、题目钛酸锶钡微波铁电材料掺杂改性研究二、研究背景钛酸锶钡（SrBaTiO3，SBT）是一种具有良好铁电性能的材料，在微波通信、芯片电容器、电源等领域具有广泛用途。

然而，传统的SBT 材料存在着一些问题，例如铁电体积效应引起的压电畸变和晶格失稳，从而限制了SBT材料的性能和应用。

为了解决这些问题，一种常用的方法是通过掺杂改性来改善材料性能。

目前，已有很多研究表明，掺杂某些元素后可以提高SBT材料的压电常数、热稳定性和耐久性等性能。

三、研究内容和意义本研究将以SBT材料为基础，通过掺杂改性的方法，研究不同掺杂元素对SBT材料性能的影响。

通过合成不同掺杂比例的SBT材料，并进行结构分析、电学性能测试等实验，分析不同掺杂元素对SBT材料的晶体结构、铁电性、介电性、压电性等性能的影响。

本研究的意义在于：1. 深入研究了SBT材料的基础性能和掺杂改性的方法，为进一步制备具有优异性能的铁电材料提供技术支持。

2. 对掺杂某些元素后SBT材料的性能提升机制进行了深入探究，为继续研究其他铁电材料的改性提供借鉴。

四、研究方法和流程研究方法：1. 合成不同掺杂比例的SBT材料。

2. 对合成的材料进行晶体结构分析，包括X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等。

3. 测试掺杂后SBT材料的物理性能，包括铁电性能、压电性能、介电性能等。

4. 分析不同掺杂元素对SBT材料性能的影响。

研究流程：1. 预处理原料，如TiO2、SrCO3、BaCO3等。

2. 合成不同掺杂比例的SBT材料。

3. 对合成的材料进行晶体结构分析，包括XRD、SEM等。

4. 测试掺杂后SBT材料的物理性能，包括铁电性能、压电性能、介电性能等。

5. 数据分析，分析不同掺杂元素对SBT材料性能的影响。

五、预期成果1. 成功合成不同掺杂比例的SBT材料。

2. 得到掺杂后SBT材料的物理性能数据，并分析不同掺杂元素对SBT材料性能的影响。

钛酸钡及改性陶瓷材料的制备与电磁性能研究的开
题报告
一、选题背景和意义
随着现代科技的不断进步，电磁波的应用范围越来越广泛，如通信、雷达、导航、无线电等。

相比传统金属材料，钛酸钡及改性陶瓷材料有
着更好的电磁性能，适用于电磁波吸收、屏蔽等领域。

因此，钛酸钡及
改性陶瓷材料的制备及其电磁性能研究具有重要的应用和理论意义。

二、研究内容和方法
本文将以钛酸钡及改性陶瓷材料的制备和电磁性能研究为主要研究
内容。

主要方法包括：
1.钛酸钡及改性陶瓷材料的制备：利用溶胶-凝胶法、水热法或共沉
淀法等方法制备具有不同形态、晶型和粒径的钛酸钡粉体，然后通过固
相烧结或微波烧结等方法得到陶瓷材料。

2.电磁性能测试：采用矢量网络分析仪进行电磁参数测试，包括反
射损耗、复介电常数、复磁导率等。

3.结构分析：采用X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）等方法对样品的晶相结构、形貌和微观结构进行表征。

三、预期结果和意义
预计能够制备出具有不同形态、晶型和粒径的钛酸钡及改性陶瓷材料，同时探索制备工艺对材料电磁性能的影响。

通过对制备的陶瓷材料
进行电磁性能测试，比较其反射损耗、吸收带宽等指标，进一步探究其
电磁吸收机理。

通过该研究，可以为电磁波吸收、屏蔽等应用领域提供
更优秀的材料选择，同时深入理解材料的电磁性能，有助于材料的进一
步开发和应用。

基于掺杂改性的钛酸钡基陶瓷介电性能的研究进展李远亮;郑占申;顿温新;贺兴辉;王重言;刘媛媛;李金哲;张一旋【摘要】首先概述了制备工艺即研磨时间、预烧温度、烧结温度、保温时间以及烧结工艺和制备方法即高温固相法、溶胶凝胶法、水热法、沉淀法以及其它新型制备方法对钛酸钡基陶瓷介电性能的研究进展;其次综述了单一元素及多种元素对钛酸钡陶瓷掺杂的研究进展;重点介绍了不同种类的元素及其含量对钛酸钡介电常数及介电损耗的影响;介绍了稀土元素的含量与其进入晶格间位的关系;最后对这一研究方向的未来及其发展做了展望.【期刊名称】《陶瓷》【年(卷),期】2018(000)008【总页数】8页(P11-18)【关键词】掺杂;改性;钛酸钡基陶瓷;介电性能;进展【作者】李远亮;郑占申;顿温新;贺兴辉;王重言;刘媛媛;李金哲;张一旋【作者单位】华北理工大学材料科学与工程学院河北省无机非金属材料重点实验室河北唐山 063210;华北理工大学材料科学与工程学院河北省无机非金属材料重点实验室河北唐山 063210;华北理工大学材料科学与工程学院河北省无机非金属材料重点实验室河北唐山 063210;华北理工大学材料科学与工程学院河北省无机非金属材料重点实验室河北唐山 063210;华北理工大学材料科学与工程学院河北省无机非金属材料重点实验室河北唐山 063210;华北理工大学材料科学与工程学院河北省无机非金属材料重点实验室河北唐山 063210;华北理工大学材料科学与工程学院河北省无机非金属材料重点实验室河北唐山 063210;华北理工大学材料科学与工程学院河北省无机非金属材料重点实验室河北唐山 063210【正文语种】中文【中图分类】TQ174前言压电陶瓷是实现机械能和电能相互转换的一类重要的功能材料[1]。

它在传感器、驱动器、超声换能器、滤波器等各种电子元件和器件上有着非常广泛的应用。

钛酸钡系列陶瓷是近几十年发展起来的一类新型现代功能陶瓷，具有压电性、铁电性、热释电性等优良的介电性能，是典型的铁电陶瓷材料[2]。

钛酸钡 氧化锆陶瓷复合材料的组织与性能研究*宋海林王亚军叶凌云叶军岳新艳茹红强(东北大学材料科学与工程学院材料各向异性与织构教育部重点实验室沈阳110819)摘要笔者以Z r O2㊁B a T i O3为原料,采用机械混合制备B a T i O3/Z r O2复合粉体,通过无压烧结工艺制备B a T i O3/Z r O2陶瓷复合材料,利用X R D㊁S E M㊁阿基米德排水法㊁电子万能试验机㊁显微维氏硬度计等技术手段,研究了添加不同质量百分数钛酸钡(25%~40%)对钛酸钡-氧化锆陶瓷复合材料的物相组成㊁显微组织与力学性能的影响㊂研究结果表明:复合材料由四方化锆(t-Z r O2)㊁单斜氧化锆(m-Z r O2)和钛酸钡(B a T i O3)三相组成;随着加入的钛酸钡含量的不断增加,复合材料的抗弯强度先增大后减小,硬度先升高后降低,相对密度不断减小;当钛酸钡-氧化锆陶瓷复合材料中添加钛酸钡质量分数达到35%时,复合材料的综合性能达到最佳,相对密度㊁开口气孔率㊁抗弯强度㊁维氏硬度㊁断裂韧性㊁1k H z和室温下相对介电常数和介电损耗分别为94.4%㊁0.7%㊁298.5M P a㊁9.4G P a㊁5.35M P a㊃m1/2㊁166㊁0.006㊂关键词氧化锆钛酸钡显微组织力学性能介电性能中图分类号:T Q174.75文献标识码:A 文章编号:1002-2872(2023)10-0079-06B a r i u mT i t a n a t e-z i r c o n i aC e r a m i cC o m p o s i t eM a t e r i a l S t u d y o nT i s s u e a n dP r o p e r t i e sS o n g H a i l i n,W a n g Y a j u n,Y u eX i n y a n,R uH o n g q i a n g(K e y L a b o r a t o r y o fM a t e r i a l sA n i s o t r o p y a n dT e x t u r e o fM i n i s t r y o f E d u c a t i o n,C o l l e g e o fM a t e r i a l sS c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g,N o r t h e a s t e r nU n i v e r s i t y,S h e n y a n g,110819,C h i n a)A b s t r a c t:B a T i O3/Z r O2c o m p o s i t e p o w d e rw a s p r e p a r e db y m e c h a n i c a lm i x i n g w i t hZ r O2a n dB a T i O3a s r a w m a t e r i a l s,a n dB a T i O3/Z r O2c e r a m i c c o m p o s i t ew a s p r e p a r e d b y p r e s s-f r e e s i n t e r i n g p r o c e s s.X R D,S E M,A r c h i m e d e a n d r a i n a g em e t h-o d,e l e c t r o n i cu n i v e r s a l t e s t i n g m a c h i n e,m i c r o-V i c k e r sh a r d n e s s t e s t e r a n do t h e r t e c h n i c a lm e a n sw e r eu s e dt o p r e p a r e t h eB a T i O3/Z r O2c e r a m i c c o m p o s i t e.T h ee f f e c t so fb a r i u mt i t a n a t ew i t hd i f f e r e n tm a s s p e r c e n t a g e(25%~40%)o nt h e p h a s e c o m p o s i t i o n,m i c r o s t r u c t u r e a n dm e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f B a r i u mt i t a n a t e-z i r c o n i a c e r a m i c c o m p o s i t e sw e r e s t u d i e d. T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t t h e c o m p o s i t ew a s c o m p o s e d o f t e t r a g o n a t e d z i r c o n i u m(t-Z r O2),m o n o c l i n i c z i r c o n i u mo x i d e(m -Z r O2)a n db a r i u mt i t a n a t e(B a T i O3).W i t h t h e i n c r e a s i n g o f b a r i u mt i t a n a t e c o n t e n t,t h eb e n d i n g s t r e n g t ho f t h e c o m-p o s i t e i n c r e a s e d f i r s t a n d t h e n d e c r e a s e d,t h e h a r d n e s s i n c r e a s e d f i r s t a n d t h e n d e c r e a s e d,a n d t h e r e l a t i v e d e n s i t y d e c r e a s e d c o n t i n u o u s l y.W h e n t h em a s s f r a c t i o no f b a r i u mt i t a n a t e i n t h eB a r i u mt i t a n a t e-z i r c o n i a c e r a m i c c o m p o s i t e r e a c h e d35%, t h e c o m p r e h e n s i v e p e r f o r m a n c eo ft h ec o m p o s i t e w a st h eb e s t.T h er e l a t i v ed e n s i t y,o p e n p o r o s i t y,b e n d i n g s t r e n g t h, V i c k e r sh a r d n e s s,f r a c t u r e t o u g h n e s s,r e l a t i v e d i e l e c t r i c c o n s t a n t a n dd i e l e c t r i c l o s s a t1k H z a n dr o o mt e m p e r a t u r ew e r e 94.4%,0.7%,298.5M P a,9.4G P a,5.35M P a㊃m1/2,166,0.006,r e s p e c t i v e l y.K e y w o r d:Z i r c o n i a;B a r i u mt i t a n a t e;M i c r o s t r u c t u r e;M e c h a n i c a l p r o p e r t y;D i e l e c t r i c p r o p e r t yZ r O2是一种具有酸性㊁碱性㊁氧化还原性㊁化学稳定性好㊁熔点高的无机非金属材料,有优越的物理性能,无辐射光学性能好㊁熔点高㊁耐高温㊁热膨胀系数小㊁有小的比热和导热系数小具优良的热稳定性,有超高硬度强度耐磨损具突出的机械性能,可塑性好易加工成板㊁丝等特性以及稳定化后的增韧性㊂氧化锆及制品是现代高技术结构陶瓷㊁导电陶瓷㊁功能陶瓷㊁生物陶瓷㊁现代冶金用高性能耐火材料㊁高性能高温隔热材料的主要原料之一,是支撑现代高温电热装备㊁航空航天器构件㊁军工㊁核反应㊁原子能领域㊁敏感元件㊁玻璃㊁人造宝石㊁冶金耐火材料等高新技术新材料产业的支柱之一;是国家产业政策中鼓励重点发展的高性能新材料之一㊂钛酸钡(简称B T)是钛酸盐系列电子陶瓷的基础母体原料,被称为 电子陶瓷业的支柱 ㊂作为一种典型的铁电材料,它具有优良的铁电㊁压电㊁耐压和绝缘㊃97㊃(陶瓷研究)2023年10月陶瓷C e r a m i c s*基金项目:增材制造专用高温合金成分设计(2021Y F B3702503)㊂作者简介:宋海林(1998-),研究生;研究方向为氧化锆和钛酸钡复合陶瓷制备㊂通讯作者简介:岳新艳(1974-),副教授,硕士生导师;研究方向为先进陶瓷材料及高性能复合材料㊂性能,附加值高,发展前景广阔,广泛地应用于电子学㊁光学㊁声学㊁热学等科学领域㊂将B a T i O3介电相加入到Z r O2陶瓷中,可使绝缘的Z r O2陶瓷具有介电相关的性能㊂焦更生等人研究氧化锆掺杂B a T i O3陶瓷显微结构和介电性能,结果表明在B a T i O3陶瓷中掺杂不同含量氧化锆,介电峰的位置不移动,只影响了大小而已㊂但是,随着频率的增大,介电峰由低温向高温区移动,峰型也发生了变化,由尖锐到平缓再到尖锐㊂在100H z,当掺杂物质的量比为1.08ʒ100时介电常数最大㊂当掺杂量保持不变时,改变频率对峰的位置也有影响,呈现出随频率的增加向高温区移动,峰值由大到小再到大的现象㊂掺杂物质的量比为1.08ʒ100时,在100H z介电常数最大㊂N a t e g h i,M R等人研究B a T i O3/Z r O2复合材料的致密化及微观结构演变,结果显示B a T i O3中加入10m o l%的Z r O2,提高了烧结样品的收缩率㊂在高于1300ħ的温度下减少加热时间的逐步等温致密化证明是比非等温和单独等温烧结更合适的方法㊂从而获得密度更高的复合材料(理论密度为97.2%)㊂在目前,制备Z r O2基陶瓷复合材料的方法分为放电等离子烧结法㊁热压烧结法㊁和微波烧结法等㊂笔者采用机械混合的方法混料并通过无压烧结制备了B a T i O3/Z r O2介电陶瓷复合材料,重点研究了B a-T i O3含量对复合陶瓷显微组织㊁力学性能和电学性能的影响㊂1试样制备与试验方法1.1试样制备实验原料选用商用3m o l%氧化钇稳定氧化锆粉体(河南焦作李封工业有限责任公司,1~5μm)㊁钛酸钡粉体(秦皇岛一诺新材料有限公司,1~3μm)㊁去离子水,其中去离子水作为钛酸钡和氧化锆粉体的分散介质㊂本实验制备了4组不同含量的钛酸钡,探究不同钛酸钡含量对机械混合制备B a T i O O3/Z r O O2介电陶瓷复合性能的影响㊂B a T i O O3粉体的配比如表1所示,所制备出的4组B a T i O O3/Z r O O2介电陶瓷复合材料样品分别对应编号为Z B25㊁Z B30㊁Z B35和Z B40㊂按表1的配比,向球磨罐中分别加入已称量好的氧化锆和钛酸钡粉体,再向球磨罐中加入水料质量比为1ʒ1的去离子水作为球磨介质;向球磨罐中加入球料质量比为2ʒ1的Z r O2球作为磨球材料,将密封好的球磨罐放置在设定转速为150r㊃m i n-1,球磨时间为12h的GM S1-4型卧式球磨机上进行球磨㊂把球磨好的混合浆料倒入培养皿中,将培养皿放置在设定温度为80ħ的烘箱中干燥10h,采用60目的筛网进行过筛造粒,在50M P a压力下预压制成形,再在100 M P a压力下进行等静压制坯㊂坯体放置在烘箱中一段时间烘干后采取无压烧结,详细的流程是将烘好的坯体放置在烧结炉之中,以保证炉子的气氛为空气,设定炉子的升温程序以5ħ㊃m i n-1的升温速率,从室温升温到800ħ,再次以3ħ㊃m i n-1的升温速率从800ħ升温到1350ħ,在该温度下保温2h使坯体充分烧结㊂表1 B a T i O3/Z r O2介电陶瓷复合材料的原料配方(%)S a m p l e B a T i O3Z r O2Z B102575Z B153070Z B203565Z B254060 1.2试验方法采用X射线衍射仪(S m a r t l a b9型,日本理学)分析样品的物相组成㊂利用排水法和电子天秤测重并计算复合陶瓷材料的相对密度和开口气孔率㊂采用J S M-7001F型扫描电子显微镜(S E M)观察样品的显微组织㊂采用电子万能试验机(C MT5105型,日本岛津),利用三点弯曲法测量样品的抗弯强度,样品大小为4 mmˑ3mmˑ30mm,跨距为20mm,下压速度为0.5 mm㊃m i n-1;采用单边切口梁法测试样品的断裂韧性,样品大小为4mmˑ3mmˑ30mm,用金刚石线切割机在试样上加工出深度为测试样品1/3~1/2的缺口,跨距为20mm,加载速度为0.05mm㊃m i n-1㊂采用数显维氏硬度计(401MV D T M)测试样品的硬度,载荷为0.5k g,保压时间10s㊂使用高低温介电参数联合测试系统(T Z D M-200-1000)测试复合材料的介电常数和介电损耗㊂㊃08㊃陶瓷C e r a m i c s(陶瓷研究)2023年10月2 试验结果2.1 对物相组成的影响由图1可知,含不同质量分数B a T i O 3的B a -T i O 3/Z r O 2介电陶瓷复合材料均由单斜氧化锆(m-Z r O 2)㊁四方氧化锆(t -Z r O 2)和钛酸钡(B a T i O 3)三相组成㊂随着B a T i O 3含量的增加,B a T i O 3衍射峰不断变大,t -Z r O 2衍射峰不断变小,这种趋势与复合材料的成分变化相匹配㊂复合材料中没有探测出锆钛酸钡特征峰,说明未生成锆钛酸钡㊂图1 含不同质量分数B a T i O 3的B a T i O 3/Z r O 2介电陶复合材料X R D 图谱图2 不同质量分数B a T i O 3的B a T i O 3/Z r O 2介电陶瓷 复合材料的背散射电子图像2.2 对微观结构的影响由图2可知,B a T i O 3/Z r O 2介电陶瓷复合材料中浅灰色衬度的B a T i O 3颗粒分布在灰黑色衬度的Z r O 2基体中㊂当添加的B a T i O 3质量百分数比较低时,B a T i O 3颗粒零散的分布在Z r O 2基体中,颗粒之间彼此接触比较少;随着添加的B a T i O 3质量百分数的提高,B a -T i O 3颗粒间的接触概率极大提高,使得颗粒之间呈现相互连接状态㊂2.3 对相对密度及开口气孔率的影响从图3能够看出,伴随B a T i O 3含量的提高,B a -T i O 3/Z r O 2介电陶瓷复合材料的相对密度近似呈不断降低趋势,其中Z B 25的相对密度最高为94.6%,Z B 40的相对密度最低为93.6%㊂B a T i O 3/Z r O 2介电陶瓷复合材料的开口气孔率随B a T i O 3含量的增加近似呈不断上升趋势,其中Z B 25的开口气孔率最低,为0.59%,Z B 30的开口气孔率最高,为0.7%,表明随着B a T i O 3含量的增加会降低B a T i O 3/Z r O 2介电陶瓷复合材料的相对密度及提高复合材料的开口气孔率,说明B a T i O 3的存在不利于无压烧结B a T i O 3/Z r O 2介电陶瓷复合材料的致密化㊂图3 B a T i O 3/Z r O 2介电陶瓷复合材料的相对密度 及开口气孔率随B a T i O 3质量分数的变化曲线2.4 对力学性能的影响图4为B a T i O 3/Z r O 2介电陶瓷复合材料的抗弯强度随B a T i O 3质量分数变化曲线㊂由图4可知,随钛酸钡含量的增加,复合材料的抗弯强度呈现出先减小后增大,再减小的趋势,复合材料Z B 35的抗弯强度最大,达到298.5M P a ㊂气孔率是影响材料抗弯强度的主要因素,首先气孔的存在会降低载荷的作用面积,从而降低材料所能承受的最大载荷;其次,气孔处容易出现应力集中,当孔隙处的应力超过临界值,就会出现裂纹的失稳扩展,从而引起材料的断裂㊂B a T i O 3的加㊃18㊃(陶瓷研究)2023年10月陶瓷 C e r a m i c s入可以对裂纹的扩展起到阻碍作用,从而对复合材料起到一定的强化作用,提高复合材料的抗弯强度㊂当复合材料中B a T i O 3的质量分数为25%时,B a T i O 3颗粒在Z r O 2基体中呈现出不均匀分布,因此在B a T i O 3质量分数达30%之前,复合材料的抗弯强度随B a -T i O 3质量分数的增加而降低;当复合材料中B a T i O 3的质量分数为30%时,B a T i O 3颗粒在Z r O 2基体中呈现出均匀分布,对裂纹的扩展阻碍作用起到效果,复合材料的抗弯强度随B a T i O 3质量分数的增加而提高㊂此外,加入B a T i O 3不可避免的使复合材料的气孔率提高,而气孔的存在会降低材料的抗弯强度,故而B a -T i O 3质量分数达到较高时,气孔率增加而导致的抗弯强度的下降已经超过了B a T i O 3对材料的强化作用,使得复合材料的抗弯强度随B a T i O 3质量分数的增加而降低㊂图4 B a T i O 3/Z r O 2介电陶瓷复合材料的抗弯强度随B a T i O 3质量分数的变化曲线图5 B a T i O 3/Z r O 2介电陶瓷复合材料的维氏硬度随B a T i O 3质量分数的变化曲线图6 B a T i O 3/Z r O 2介电陶瓷复合材料的断裂韧性随B a T i O 3质量分数变化的曲线图7 不同质量分数B a T i O 3的B a T i O 3/Z r O 2介电 陶瓷复合材料的断口形貌图5为B a T i O 3/Z r O 2介电陶瓷复合材料的硬度随B a T i O 3质量分数变化曲线㊂由图5可知,复合材料的硬度在8.4~9.4G P a 之间,随着B a T i O 3质量分数的增加,B a T i O 3/Z r O 2介电陶瓷复合材料的硬度呈现先增高后降低的趋势㊂其中,复合材料Z B 40硬度最低,为8.4G P a ;复合材料Z B 35硬度最高,为9.4G P a㊂材料的表面状态往往会影响所获取的硬度值,实验所得出的硬度值为连续打十点的硬度平均值㊂当压头打在气孔附近时,所获取的硬度值会偏低;当压头打在Z r O 2上时,所获取的硬度值会偏高㊂复相介电陶瓷烧结样品的硬度与其烧结后内部气孔率和最终的物相组成有关:当B a T i O 3含量较低时,随着B a T i O 3含量的增加,B a T i O 3颗粒在Z r O 2基体中趋于均匀分㊃28㊃ 陶瓷 Ce r a m i c s (陶瓷研究)2023年10月布㊂使得复合材料的硬度逐渐提高㊂当复合材料中的B a T i O3质量分数达到40%时,材料中的开口气孔率对硬度的影响占主导地位,使得复合材料的硬度略有下降㊂图6为B a T i O3/Z r O2介电陶瓷复合材料的断裂韧性随B a T i O3质量分数变化的曲线㊂由图6可知,随着B a T i O3质量分数的增加,B a T i O3/Z r O2介电陶瓷复合材料的断裂韧性不断降低㊂对于复相陶瓷材料烧结体,烧结体内部缺陷严重影响复合材料的断裂韧性,减少烧结体内部的气孔率,可有效地避免应力集中在气孔周边,进而提高烧结体的断裂韧性㊂随着B a-T i O3质量分数的不断增加,复合材料的相对密度不断降低,气孔率不断变大,从而导致断裂韧性持续降低㊂故当质量分数达到25%时,复合材料的断裂韧性最优,最优值为5.8M P a㊃m1/2㊂由图7可知,B a T i O3质量分数为25%时,大颗粒B a T i O3的含量较低,因B a T i O3的断裂方式为穿晶断裂,故复合材料的断裂方式主要为沿晶断裂;当B a-T i O3质量分数达到35%时,B a T i O3颗粒在Z r O2基体中均匀分散,复合材料的断裂方式转变为以穿晶断裂为主,复合材料的力学性能提高㊂当B a T i O3质量分数进一步提高时,复合材料内部的气孔数量会进一步增多,使得复合材料的力学性能略有下降㊂2.5对介电性能的影响由图8可知,随着B a T i O3质量分数的增加,B a-T i O3/Z r O2介电陶瓷复合材料的相对介电常数不断增大㊂图8室温下不同频率的B a T i O3/Z r O2介电复合陶瓷相对介电常数随B a T i O3质量分数变化曲线当B a T i O3含量较低时,随着B a T i O3质量分数的增加,B a T i O3颗粒在Z r O2基体中趋于均匀分散,从而提高复合材料的相对介电常数;当B a T i O3含量进一步提高时,B a T i O3颗粒彼此接触的机会增多,因此复合材料的相对介电常数进一步增大㊂故在1k H z和室温下B a T i O3质量分数达到40%时,复合材料的相对介电常数达到最大,最大值为208㊂由图9可知,随着B a T i O3质量分数的增加,B a-T i O3/Z r O2介电陶瓷复合材料的介电损耗呈现为近似先降低后升高再降低的趋势㊂图9室温下不同频率的B a T i O3/Z r O2介电复合陶瓷介电损耗随B a T i O3质量分数变化曲线当B a T i O3含量比较低时,随着B a T i O3质量分数的增加,B a T i O3颗粒在Z r O2基体中趋于均匀分散,颗粒之间彼此连接,使得复合材料的介电损耗率不断下降㊂当进一步提高B a T i O3含量时,由于复合材料的相对密度不断降低,气孔率不断增大,使得复合材料的介电损耗上升㊂故在1k H z和室温下B a T i O3质量分数达到30%时,复合材料的介电损耗达到最低,最低值为0.005㊂3结论(1)以B a T i O3㊁Z r O2为原料,采用机械混合制备B a T i O3/Z r O2复合粉体,采用无压烧结工艺制备B a-T i O3/Z r O2介电陶瓷复合材料,复合材料由t-Z r O2相㊁m-Z r O2相和B a T i O3相三相组成㊂(2)随着B a T i O3质量分数的增加,B a T i O3颗粒在Z r O2基体中趋于均匀分散,B a T i O3颗粒之间彼此连接形成连通状态㊂㊃38㊃(陶瓷研究)2023年10月陶瓷C e r a m i c s(3)随着B a T i O3质量分数的增加,复合材料的相对密度不断减小;开口气孔率不断增大;抗弯强度先减小后增大在减小;硬度先增大后减小;断裂韧性不断减小;相对介电常数不断增大;介电损耗先减小再增大再减小㊂当B a T i O3质量分数为35%时,B a T i O3/Z r O2介电陶瓷综合性能最好,其相对密度㊁开口气孔率㊁抗弯强度㊁硬度㊁断裂韧性㊁1k H z和室温下相对介电常数和介电损耗分别为94.4%㊁0.7%㊁298.5M P a㊁9.4 G P a㊁5.35M P a㊃m1/2㊁166㊁0.006㊂参考文献[1]巫兰萍,费文宗.氧化锆性质及其应用前景概述[J].四川化工,2013,16(1):25-27.[2] H a r r e rW,D e l u c aM,M o r r e l lR.F a i l u r e a n a l y s i so f ac e r a m i cb a l l r a c eb e a r i n g m ad eo fY-T Z Pz i r c o n i a[J].E n g i-ne e r i n g F a i l u r eA n a l y s i s,2014,36:262-268.[3] A l s a h h a fA,S p i e sBC,V a c hK,e t a l.F r a c t u r e r e s i s t-a n c e o f z i r c o n i a-b a s e d i m p l a n t a b u t m e n t sa f t e ra r t i f ic i a l l o n g -t e r ma g i n g[J].J o u r n a l o f t h eM e c h a n i c a l B e h a v i o r o f B i o m e d-i c a lM a t e r i a l s,2017,66:224-232.[4]符春林,赵春新,蔡苇,等.钛酸钡陶瓷材料制备及介电性能研究进展[C].中国功能材料科技与产业高层论坛,2009.[5]K u m a rP,S i n g h S,J u n e j aJ K,e ta l.F e r r o e l e c t r i c p r o p e r t i e so fs u b s t i t u t e db a r i u m t i t a n a t ec e r a m i c s[J].P h y s i c a B:C o n d e n s e d M a t t e r,2009,404(12-13):1752-1756.[6]W a n g C,H a nX,X uP,e t a l.M a g n e t i ca n dd i e l e c t r i c p r o p e r t i e s o f b a r i u mt i t a n a t e-c o a t e db a r i u mf e r r i t e[J].J o u r n a l o fA l l o y s a n dC o m p o u n d s,2009,476(1-2):560-565.[7] S kúl a s o nE,K a r l b e r g GS,R o s s m e i s l J,e t a l.D e n s i t yf u n c t i o n a l t h e o r y c a l c u l a t i o n s f o r t h eh y d r og e ne v o l u t i o nr e a c-t i o n i n a n e l e c t r o ch e mi c a l d o u b l e l a y e r o n t h e P t(111)e l e c t r o d e [J].P h y s i c a l C h e m i s t r y C h e m i c a l P h y s i c s,2007,25(9):3241-3250.[8] T h a k u rOP,P r a k a s hC,J a m e sAR.E n h a n c e dd i e l e c-t r i c p r o p e r t i e s i nm o d i f i e db a r i u mt i t a n a t e c e r a m i c s t h r o u g h i m-p r o v e d p r o c e s s i n g[J].J o u r n a l o fA l l o y sa n dC o m p o u n d s,2009, 470(1-2):548-551.[9] Z h uK,Q i u J,K a j i y o s h iK,e t a l.E f f e c t o fw a s h i n g o fb a r i u mt i t a n a t e p o w d e r ss y n t h e s i z e db y h y d r o t h e r m a lm e t h o d o n t h e i rs i n t e r a b i l i t y a n d p i e z o e l ec t r i c p r o p e r t i e s[J].C e r a m i c sI n t e r n a t i o n a l,2009,35(5):1947-1951.[10]焦更生,卢国锋,李桂.氧化锆掺杂B a T i O3陶瓷显微结构和介电性能研究[J].材料导报,2014,28(8):5.[11] N a t e g h iM R,B a r z e g a r iM R.D e n s i f i c a t i o na n d m i-c r o-s t r u c t u r e e v o l u t i o no fB a T i O3/Z r O2c o m p o s i t e s[J].J o u r-n a l o fA l l o y s a n dC o m p o u nd s,2008,452(1):36-40.[12]M S a r a v a n a K u m a r,S R a s h i a B e g u m,M V a-s u m a t h i,e t a l.I n f l u e n c eo fm o l y b d e n u m c o n t e n to nt h e m i c r o-s t r u c t u r eo fs p a r k p l a s m as i n t e r e dt i t a n i u m a l l o y s[J].S y n t h. S i n t e r.2021(1):41-47.[13] H a b e r k oK,P y d aW,P e d z i c hZ,e t a l.A T Z P m a t r i xc o m p o s i t ew i t h i ns i t u g r o w nT i Ci n c l u s i o n s[J].J o u r n a l o f t h eE u r o p e a nC e r a m i cS o c i e t y,2000,20(14-15):2649-2654.[14]M S h a h e d iA S L,A S a b a h iN a m i n i,M G h a s s e m i K a k r o u d i,I n f l u e n c eo fs i l i c o nc a r b i d ea d d i t i o no nt h e m i c r o-s t r u c t u r a l d e v e l o p m e n to fh o t p r e s s e dz i r c o n i u m a n dt i t a n i u md i b o r i de s[J].C e r a m.I n t.2016,42:5375-5381.[15] R a nS,G a oL.E l e c t r i c a l p r o p e r t i e sa n d m i c r o s t r u c-t u r a l e v o l u t i o no fZ r O2–A l2O3–T i N n a n o c o m p o s i t e s p r e-p a r e db y s p a r k p l a s m as i n t e r i n g[J].C e r a m i c sI n t e r n a t i o n a l, 2012,38(6):4923-4928.[16]N i n zP,L a n d f r i e d R,K e r nF,e ta l.E l e c t r i c a ld i s-c h a r g em a c h i n i n g o fm e t a ld o pe dY-T Z P/T i Cn a n o c o m p o s i t e s [J].J o u r n a l of t h eE u r o p e a nC e r a m i cS o c i e t y,2015,35(14):4 031-4037.[17] A iY,X i eX,H e W,e t a l.M i c r o s t r u c t u r ea n d p r o p-e r t i e so fA l2O3(n)/Z r O2d e n t a lc e r a m i c s p r e p a r e db y t w o-s t e p m i c r o w a v es i n t e r i n g[J].M a t e r i a l s&D e s i g n(1980-2015),2015,65:1021-1027.[18]邓茂盛.氧化锆增韧氧化铝复合陶瓷制备及性能研究[J].全国性建材科技期刊 陶瓷,2018(10):30-35.[19]卜景龙,孙利春,王榕林等.Z r O2-A l N复相材料的制备与性能研究[J].全国性建材科技期刊 陶瓷,2009(2): 28-32.[20] C h o iSR,S a n d e r s W A,S a l e mJA,e ta l.Y o u n g's m o d u l u s,s t r e n g t ha n d f r a c t u r e t o u g h n e s s a s a f u n c t i o no f d e n-s i t y o f i n s i t u t o u g h e n e d s i l i c o nn i t r i d ew i t h4w t%s c a n d i a[J]. J o u r n a l o fM a t e r i a l sS c i e n c eL e t t e r s,1995,14(4):276-278.[21] C h a i m R,H e f e t z M.E f f e c to f g r a i ns i z eo ne l a s t i c m o d u l u s a n dh a r d n e s so fn a n o c r y s t a l l i n eZ r O2-3w t%Y2O3 c e r a m i c[J].J o u r n a l o fM a t e r i a l sS c i e n c e,2004,39(9):3057-3 061.[22]钟金豹,黄传真,聂乾利.纳米碳化钛颗粒对纳米氧化锆增韧氧化铝基陶瓷刀具材料的影响[J].工具技术,2011,45 (12):29-32.[23]汪怀蓉,李军.电路基板用A l N-T i N-B N复相导电陶瓷的制备及性能研究[J].中国陶瓷,2016,52(5):31-34.㊃48㊃陶瓷C e r a m i c s(陶瓷研究)2023年10月。