NZP陶瓷粉體制備及介電性能、力學(xué)性能研究.pdf

1、NZP(NaZr2(PO4)3的簡稱)族陶瓷材料因其特殊的骨架結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出了低膨脹、高的溫度穩(wěn)定性、快離子傳導(dǎo)等特性，該化合物被廣泛應(yīng)用于抗熱震、電子裝備、汽車工業(yè)、望遠(yuǎn)鏡等方面。 過去NZP族陶瓷的研究主要是集中在其熱學(xué)性能上，并已經(jīng)取得了相當(dāng)不錯的結(jié)果，本論文建立在NZP族陶瓷材料優(yōu)良的熱學(xué)性能基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究其介電性能和力學(xué)性能，以求其能在雷達(dá)天線罩上得以應(yīng)用。 本研究首先以Ca，Ba，K，Sr的硝酸鹽，ZrOCl2

2、·8H2O，NH4H2PO4為原料，用直接共沉淀法制備了NZP族陶瓷粉體?？刂品磻?yīng)過程中溶液的pH值為9，用差熱分析、X-ray衍射、激光粒度分析儀、掃描電鏡對NZP族前驅(qū)物和粉體進(jìn)行了表征。NZP粉術(shù)的結(jié)晶狀況和顆粒大小及團(tuán)聚情況取決于熱處理溫度的高低，在860℃煅燒后能得到較為理想的NZP粉體，結(jié)晶狀況良好且有大量納米尺寸的顆粒。 研究了CaxBa1-xZr4P6O24(簡稱CBZP)，K2xSr1-xZr4P6O24(簡稱

3、KSZP)，CaxSr1-xZr4P6O24(簡稱CSZP)磷酸鹽陶瓷的力學(xué)性能和介電性能。將直接共沉淀法制備的NZP磷酸鹽陶瓷粉體，添加3wt％ZnO作為助燒劑及3wt％SiO2作為晶粒抑制劑，在1150℃下燒結(jié)230min制成NZP陶瓷。用XRD，SEM，壓汞儀，對陶瓷的結(jié)晶狀況，顯微結(jié)構(gòu)，氣孔率進(jìn)行表征。對陶瓷三點(diǎn)抗彎強(qiáng)度和介電性能(包括介電常數(shù)和介質(zhì)損耗)進(jìn)行測量。結(jié)果表明：NZP陶瓷的本征強(qiáng)度不高，受顯微結(jié)構(gòu)影響很大，三點(diǎn)抗彎

4、強(qiáng)度在120MPa以下，介電常數(shù)均在8以下，屬于低介電材料，其中以直接共沉淀法制備的CaZr4P6O24(簡稱CZP)粉體燒結(jié)的陶瓷介電常數(shù)為3.65，抗彎強(qiáng)度為74.96MPa，具有較好的綜合性能。 對于NZP族陶瓷系統(tǒng)，ZnO和MgO為較好的助燒劑，SiO2為較好的晶粒抑制劑。研究了ZnO，MgO及SiO2摻量對CZP陶瓷力學(xué)性能和介電性能的影響關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，以ZnO為助燒劑時，添加3wt％時抗彎強(qiáng)度最大；MgO為助燒

5、劑時，添加4wt％時抗彎強(qiáng)度最大；SiO2添加量在3wt％時，對晶粒生長起到了很好的抑制作用。 研究了成型壓力、升溫速度、保溫時間對CZP陶瓷的力學(xué)性能和介電性能的影響關(guān)系，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：成型壓力在100MPa、升溫速度為5℃/min、保溫時間為2h時陶瓷的綜合性能最好。 最后將制得的綜合性能最好的CZP陶瓷進(jìn)行抗熱震性測試，將CZP陶瓷升溫至1000℃，保溫時間為1小時，即取出放入20℃的水中10min，烘干后在400