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粉體粒度對陶瓷的影響

壓電陶瓷是一種能夠實現機械能和電能相互轉換的功能陶瓷材料。與壓電單晶材料相比,具有機電耦合係數高,壓電性能可調節性好,化學性質穩定,易於製備且能製得各種形狀、尺寸和任意極化方向的產品,價格低廉等優點,被廣泛應用於衛星廣播、電子設備、生物以及航空航天等高新技術領域。

 

然而,目前所使用的壓電陶瓷體係主要是鉛基壓電陶瓷,這些陶瓷材料中PbO(或Pb3O4)的含量約占原料總質量的70%左右。由於PbO、Pb3O4等含鉛化合物在高溫時的揮發性,這些陶瓷在生產、使用及廢棄過程中都會對人類健康和生態環境造成很大的危害。如果對含鉛陶瓷器件回收實施無公害處理,所需成本也會很高。另一方麵,PbO的揮發也會造成陶瓷的化學計量比偏離配方中的化學計量比,造成產品的一致性和重複性降低。因此,研製和開發對環境友好的無鉛壓電陶瓷成為一項緊迫且具有重大實用意義的課題。

 

無鉛壓電陶瓷,又被稱為環境友好壓電陶瓷,其直接表層含義指不含鉛、又具有滿意的高的壓電性能的壓電陶瓷材料。目前國內外研究的無鉛壓電陶瓷體係主要包括:BaTiO3基無鉛壓電陶瓷,(Bi0.5Na0.5)TiO3(BNT)基無鉛壓電陶瓷,鉍層狀結構無鉛壓電陶瓷及铌酸鹽基無鉛壓電陶瓷(包括鈣鈦礦結構的堿金屬铌酸鹽和鎢青銅結構铌酸鹽)。

 

粉體粒度對3Y-TZP材料微觀結構的影響:從兩種材料的表麵和斷麵的XRD圖譜中可以看出,兩種材料的原粉隻有單一的t相氧化鋯,無單斜(m)相氧化鋯的衍射峰出現。而燒結後在表麵(代表材料內部)隻有微米粉燒結體出現了m相,納米粉燒結體仍是全部由t相組成,這可能是微米粉燒結溫度高,燒結後晶粒有異常長大,超過了相變臨界晶粒尺寸,冷卻時自發產生了少量相變;斷麵上兩者均出現了m相氧化鋯的衍射峰。通過計算得知:斷裂時納米顆粒燒結的試樣較微米顆粒燒結的試樣發生t-m相變的相變量大。SEM照片提示:納米粉燒結試樣的微觀結構更為均勻、致密,顆粒分布範圍窄;而微米粉燒結體有少量不規則小氣孔,在微米顆粒的試樣中出現了晶粒的異常長大現象,這是由於在這些顆粒周圍存在的毛細孔阻礙正常晶粒的生長,原料粉中的較大顆粒將其吞並所致,這對微米顆粒的力學性能的提高會起一定的負麵作用。在晶粒尺寸上,由於納米粉原始顆粒小,加之燒結溫度又低於微米粉,晶粒尺寸比微米粉燒結的材料小。


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