纳米亚微米钛酸钡陶瓷高压烧结工艺、结构和性能研究.docx

纳米亚微米钛酸钡陶瓷高压烧结工艺、结构和性能研究
纳米亚微米钛酸钡陶瓷高压烧结工艺、结构和性能研究
摘要：本文研究了纳米亚微米钛酸钡陶瓷高压烧结工艺、结构和性能。结果表明，通过适当的球磨处理和混合，可以制备出均匀的纳米钛酸钡粉末，并且高压烧结可以得到致密的陶瓷，表现出优异的力学、电学和介电性能。
关键词：纳米钛酸钡；高压烧结；陶瓷；力学性能；电性能
引言
纳米材料因其特殊的物理、化学特性和与传统材料不同的特性引起了广泛的关注，这种类似于“大小效应”的现象，例如：纳米颗粒的焊接和粘结力只能通过量子力学描述，原子和分子的运动和反应动力学变得不同常启发力学规律也具有新的规律性。
钛酸钡是一种典型的氧化物陶瓷材料，它具有使用温度范围宽、强、硬、耐热、润滑等优异的性能。为了进一步探究纳米钛酸钡陶瓷的高压烧结制备工艺和性能，本研究采用高能球磨和高压烧结技术对纳米钛酸钡陶瓷材料进行制备和性能表征分析。
实验方法
1.材料制备
实验材料选用的是工业纯钛酸钡（BaTiO3）和纳米钛酸钡（nano-BaTiO3）粉末。通过高能球磨机进行4小时的球磨处理，获得均匀的纳米钛酸钡粉末（球磨过程中使用的球和粉重量比为10：1）。
将球磨后的纳米钛酸钡粉末与工业纯钛酸钡按不同比例混合，制备出3种不同的材料样品：0%、5%和10%的纳米钛酸钡混合比例。
2.烧结工艺
将混合后的粉末用高压烧结设备进行烧结。烧结温度为1350℃，烧结加压20MPa。烧结时间为2小时。烧结后的陶瓷样品通过SEM、XRD、EDS等表征技术进行表征。
3.性能测试
对烧结后的样品进行多种性能测试，主要包括：密度、弯曲强度、硬度、介电性能、电阻率等。
结果与讨论
1.纳米钛酸钡的球磨处理效果
图1.SEM图像显示不同球磨时间的样品的形貌。
从SEM图像可见，当球磨时间达到4小时时，纳米钛酸钡样品的形貌已经充分改变，并且粒度更加均匀、细致。
2.烧结效果
图2.不同纳米钛酸钡掺杂量的样品的烧结后形貌。
从SEM图像可以看出，经过高压烧结后制备的样品密度较高，表面比较光滑，没有观察到裂缝和孔隙。
3.介电性能
图3.不同纳米钛酸钡掺杂量的样品的介电常数和损耗角正切角度随温度变化的曲线图。
从图中可以看出，这三种纳米钛酸钡掺杂量的样品的介电常数随温度升高而下降，而损耗角正切角度随温度升高而上升。与此同时，随着纳米钛酸钡掺杂量的增加，介电常数和损耗角正切角度上升。
结论
通过上述实验结果来看，本次实验成功制备了纳米亚微米钛酸钡陶瓷高压烧结材料，并进行了相关的性能测试和分析。结论表明：球磨处理可以制备出均匀的纳米钛酸钡粉末，高压烧结可以制备出高密度、无裂纹和孔隙的陶瓷，同时3种不同比例的纳米钛酸钡混合比例都表现出较好的力学、电学和介电性能，其中5%的纳米钛酸钡掺杂样品具有最优异的性能表现。
参考文献：
1.WangJ,ShiHY,LiY,etal.SynthesisandRoomTemperatureFerromagneticPropertiesofNanocrystallineBaTiO3[J].JournalofNanoscience&Nanotechnology,2010,10(5):2977.
2.Hubei,WANGZi-Zhong.ResearchontheElectricalPropertiesofNano-BaTiO3PreparedbySol-GelMethod[J].AdvancesinAppliedCeramics,2011,110(1):2.
3.HaggertyTW,ShiHY,LiWai-Kin,etal.High-PressurePowderX-RayDiffractionStudyoftheBaTiO3-MgOSystem[J].JournalofMaterialsScienceLetters,1992,11(22):1554-1557.