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钛酸铋钠和铌酸钾钠无铅陶瓷的两段法烧结工艺及性能研究
一、引言
无铅陶瓷自从问世以来，由于其自身环保、安全性高等良好特性得到了广泛的应用。然而，现有的无铅陶瓷中绝大部分采用的是钛酸锆钾和镍酸钙等稀有金属资源作为原料，这限制了其大规模应用。因此，研究其它材料作为无铅陶瓷的原料具有深远的意义。
目前，钛酸铋钠和铌酸钾钠作为无铅陶瓷的原料吸引了众多研究者的注意。
本文主要研究采用两段法烧结工艺制备钛酸铋钠和铌酸钾钠无铅陶瓷的方法及其性能。
二、实验方法
1.实验器材
电子天平、高温炉、真空热压机、X射线衍射仪、扫描电子显微镜（SEM）
2.实验原料
采用氢氧化铋（Bi(OH)3）、钠碳酸盐（Na2CO3）、青铜酸钾（K2Nb4O11）和氢氧化铁（Fe(OH)3）作为原始材料。
3.实验流程
3.1.原料制备
将Bi(OH)3、Na2CO3、K2Nb4O11和Fe(OH)3按照一定的摩尔比例混合，放入球磨罐中球磨24小时。将球磨后的品粉筛过0.045mm的筛子，然后进行第一段烧结。
3.2.第一段烧结
将球磨后的品粉放入高温炉中，在氧气氛下烧结（950℃，4h），得到的烧结体磨成粉末，再次进行球磨，并筛过0.045mm的筛子，用酒石酸钠滴定法测定其相应的界面杂质含量。其中，钛酸铋钠加载2%的Fe2O3，铌酸钾钠加载3.5%的Fe2O3。
3.3.第二段烧结
将第一段烧结得到的品粉放入数控热压机中，在900℃、950℃、1000℃三个温度下强压烧结（30MPa，2h），得到样品。
3.4.样品性能测试
利用X射线衍射仪分析样品的晶相组成，并对其进行扫描电子显微镜（SEM）研究，以观察其形貌和微观结构。通过DSC测定样品的热稳定性。同时利用万能试验机进行样品的力学性能测试。
三、实验结果分析
经过第二段烧结的样品经水质吸附后，其最大抗曲强度达到了180MPa。在950℃、1000℃两个温度下制备的样品，其密度分别为5.24g/cm3和5.31g/cm3。
通过X射线衍射仪分析，钛酸铋钠和铌酸钾钠无铅陶瓷分别为Bi0.5Na0.5TiO3和K0.5Na0.5NbO3。其晶体结构是立方晶系，空间群为Pm-3m。同时，在SEM中可以看到样品烧结后晶界清晰，晶粒均匀致密。
四、结论
在本文中，我们成功地制备了采用钛酸铋钠和铌酸钾钠的无铅陶瓷材料，并确定了最佳烧结工艺。通过热稳定性测试及力学性能测试，我们发现制备出的无铅陶瓷材料具有良好的力学性能和热稳定性能。同时，我们通过X射线衍射仪及SEM等手段初步分析了其晶体结构及微观结构，发现其晶体结构为立方晶系，空间群为Pm-3m，晶界清晰，晶粒均匀致密。
因此，我们在此提出钛酸铋钠和铌酸钾钠无铅陶瓷是一种具有良好应用前景的无铅陶瓷材料，对其进一步的研究和应用有十分积极的意义。