Dielectric Properties of Zirconium Tin Titanate with Additives of

Dielectric Properties of Zirconium Tin Titanate with Additives of
Dielectric Properties of Zirconium Tin Titanate with Additives of

Dielectric Properties of Zirconium Tin Titanate with Additives of

ZnO, CuO, MnCO 3 and Bi 2O 3

H.G. Yu, C.X. Song, Z.H. Shen and Z.X.Xiong *

Department of Materials Science and Engineering, Xiamen University, Xiamen 361005, china Keywords: ZST ceramics, Dielectric properties, Sintering additive, Microwave ceramics

Abstract. (Zr 0.8Sn 0.2)TiO 4 ceramics with additives of ZnO, CuO, Bi 2O 3 and MnCO 3 were prepared by the conventional mixed oxide route. They were characterized by TG/DTA, SEM, EDS and a network analyzer. Microwave properties of (Zr 0.8Sn 0.2)TiO 4 ceramics were investigated as a function of the amount of additives. The optimal values of dielectric constant εr , quality factors Q*f and temperature coefficient of resonant frequency τf reached 35, 51000 GHz and 26 ppm/°C respectively with 2.0 wt% MnCO 3. Specimens with additives of ZnO, CuO and Bi 2O 3 had microwave properties of εr = 35 ~ 39, Q*f = 9000 ~ 35000 GHz and τf = 15~40 ppm/°C.

Introduction

Recently zirconium titanate based ceramics, especially the (Zr 0.8Sn 0.2)TiO 4 (defined as ZST) ceramics, have attracted much interest for its high dielectric constant εr , high quality factor Q and low temperature coefficient of resonant frequency τf . In order to accommodate the rapid growth of the wireless communication industry, the ZST ceramics are used as dielectric resonators ranging from cellular phones to global positioning systems [1-3].

The structure of ZrTiO 4 is an orthorhombic system of α-PbO 2 type [4], the space group Pbcn [5]. In the normal phase of ZrTiO 4, the Zr ion and the Ti ion are randomly distributed on the octahedral sites in the α-PbO 2 type structure, as shown in Fig. 1.

Being difficult to fully densify ZST ceramics, there is considerable interest in the development of materials with low sintering temperature. A combination of two or more oxides are used as sintering aids, such as La 2O 3, BaO, ZnO, Co 2O 3, V 2O 5 and CuO [6-8]. With proper amount of additions, the ceramics can be well sintered to approach 96% of theoretical densities at 1300°C due to liquid phase effect [9]. In this paper, ZnO, CuO, Bi 2O 3 and MnCO 3 were used as sintering aids. The microwave dielectric properties of ceramic materials were investigated with respect to the crystallographic structure, porosity and grain size. The effects of the amount of additives on the microwave dielectric properties of (Zr 0.8Sn 0.2)TiO 4 ceramics were reported.

Experimental procedures

The ceramics were prepared via the conventional mixed oxide route. The raw materials ZrO 2, SnO 2, ZnO, CuO, Bi 2O 3 and MnCO 3 were high purity (> 99%) and TiO 2 was a little lower (> 98%). These powders were weighed in according to desired stoichiometry of ZST ceramics and then ball-milled for 4h with distilled water and zirconia balls. The mixtures were dried and calcined at 1100°C for 2h. Certain amount of ZnO, CuO, Bi 2O 3 and MnCO 3 were added into the calcined powders and re-milled for 2h, then dried and granulated with PVA solution as a binder. The powders were uniaxially pressed into disks by a pressure of 150 MPa and then sintered at temperatures from

*

Corresponding author. E-mail address: zxxiong@https://www.360docs.net/doc/3217821458.html,

Fig. 1 Chemical structure of ZrTiO 4

Key Engineering Materials Vols 280-283 (2005) pp 91-94Online:2007-02-15

? (2005) Trans Tech Publications, Switzerland doi:10.4028/https://www.360docs.net/doc/3217821458.html,/KEM.280-283.91

1200~1400°C for 2~6h.

TG and DTA curves of the powders were obtained from room temperature to 1300°C at a rate of 10°C/min with a thermal analyzer in air atmosphere. The crystalline phases of the sintered specimens were determined by XRD analysis. The sintered densities of the samples were measured by the Archimedes method. The specimens were observed for their microstruc- ture by means of

SEM equipped with EDS . The microwave

dielectric properties were measured by a network

analyzer. The temperature coefficient of resonant frequency τf was determined with a network

analyzer equipped with a thermostat in the temperature range –20~80°C.

20

30

4050

60

7080

200

400600800100012001400

1600180020002200T c =1000??

T c =1100??

??

??

??

??

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????

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u

u u

u

T i O

2

S n O

2

Z r O 2u

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£¨Z r

0.8

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0.2

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4

i n t e n s i t y

2-T h e t a

Fig. 3 XRD patterns of the ZST powder calcined at different temperature

jjjj

S e c o n d p h a s e

Fig. 4 XRD patterns of ZST ceramics with different amount of MnCO 3 additive

Results and discussion

TG/DTA curves were obtained for the mixed powders in the stoichiometric proportions of ZST as shown in Fig. 2. There was an endothermic peak above 1100°C. This may be due to the formation of the main crystalline phases of the ZST system.

It could be seen in Fig. 3 that ZST phases formed initially at 1000°C, considerably at 1100°C. XRD patterns of ZST ceramics with different amount of MnCO 3 additives, shown in Fig. 4, were similar in the main phase. At the level of 0.5 ~ 1.0 wt% MnCO 3 additives, ZST ceramics exhibited almost a single phase. However, second phase was detected in the specimens with 1.5~2.5 wt% MnCO 3. As the density of the second phase was lower than that of the main phase, the relative density of the ceramics decreased. This was confirmed by the curve of the relative density, shown in Fig. 5, which inclined down- wards slightly

with the increasing amount of MnCO 3 from 1.5 to 2.5 wt%.

However, the relative density increased dramatically when

the amount of MnCO 3 increased from 0.5 wt% to 1.5 wt%.

The results were also confirmed by the microstructure of

the samples in Fig. 6. There was 0.95 wt% Mn element in

the glass phase of ZST ceramics with 1.5 wt% MnCO 3, but

when the amount of MnCO 3 was 0.5 wt%, Mn element was

not detected by EDS analysis on the grain boundaries. The

amount of Mn element increased with the increasing of

additives. Compared with the size of the grain in Fig. 6 (a),

the grain in Fig. 6 (b) was larger.

Fig. 7 showed the dielectric properties of ZST ceramics with various amount of additives. The dielectric constants (εr ) reached a maximum value of 38 with 1.5 wt% MnCO 3.

It maybe resulted from the maximum value of density and large grain size with the same amount of MnCO 3, as confirmed by Fig. 5 and Fig. 6. This was also in agreement with the result by Takata et al. [10]. The quality factors (Q*f) reached the maximum value of 51000 GHz with 2.0 wt% MnCO 3. As the unloaded Q is almost not affected by the density if the relative density is greater than 90% of the theoretical density [11], the increasing of the unloaded Q with MnCO 3 additive may resulted from the decreasing of the porosity as confirmed in Fig. 6. At the same time, the temperature coefficient of resonant frequency for the ceramics with 2 wt% MnCO 3 additive showed a value τf = 26 ppm/°C.

(a) MnCO 3 wt%=0.5%, 1360°C * 2 h Mn wt% = 0.00%

(b) MnCO 3 wt%=1.5%, 1320°C * 2 h Mn wt% = 0.95%

Fig. 6 SEM photographs of ZST ceramics with EDS

analysis

Physical properties of ZST ceramics with additives of ZnO, CuO, Bi 2O 3 and MnCO 3 were listed in table 1. Although the specimens were quite densified, the Q*f values were not high enough compared with those of samples added only with MnCO 3. This illustrated that the unloaded Q was closely related to the amount and the type of the additives.

Summary

The maximum dielectric constant value εr = 38 was reached with 1.5 wt% MnCO 3, while the maximum quality factors Q*f = 51000 GHz was obtained with 2.0 wt% MnCO 3. The dielectric constant mainly de-

Table 1 Physical properties of ZST ceramics with additions.

Specimen

ZrO

(wt%)

CuO

(wt%)

Bi2O3

(wt%)

MnCO3

(wt%)

TD% εr

Q*f

(GHz)

τf

(ppm/°C)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0.2

0.2

0.5

1.0

1.0

1.0

1.0

0.5

0.5

0.5

0.5

0.5

0.3

1.0

1.0

0.1

1.0

0.5

1.0

2.0

1.0

96.8

94.7

96.5

96.7

94.4

95.9

98.2

98.5

97.6

97.8

39.1

36.9

37.7

37.4

34.7

37.5

36.6

37.8

37.5

35.6

31382

24259

35475

22961

10682

31211

26561

25740

9034

30276

28

15

25

37

19

pended on density of the ceramics. However, the quality

factors not only depended on the ceramic density, but

also largely depended on porosity. The unloaded Q

value of the specimens with MnCO3 was showed higher

than that of the specimens with ZnO, CuO and Bi2O3.

The temperature coefficient of the resonant frequency τf

= 26 ppm/°C with 2.0 wt% MnCO3.

Acknowledgements

This work was supported by the National High-Tech

Research and Development Plan of China (“863” Plan)

under Grant No.2001AA325100.

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High-Performance Ceramics III

10.4028/https://www.360docs.net/doc/3217821458.html,/KEM.280-283

Dielectric Properties of Zirconium Tin Titanate with Additives of ZnO, CuO, MnCO3 and Bi2O3 10.4028/https://www.360docs.net/doc/3217821458.html,/KEM.280-283.91

氧化钇稳定四方氧化锆多晶陶瓷在牙科领域的研究现状

氧化钇稳定四方氧化锆多晶陶瓷在牙科领域的研究现状氧化钇稳定四方氧化锆多晶陶瓷在牙科领域的研究现状/高燕等 ??51?? 高 燕12,张富强12 1上海交通大学医学院附属第九人民医院,上海200011;2上海 市口腔医学研究所,上海200011 与传统牙科陶瓷材料相比,以氧化钇Y2O3为稳 定剂的四方氧化锆t- ZrO2多晶陶瓷Y-TZP由于存在介稳的四方氧化锆向单斜氧化锆m- ZrO2 的应力诱导相变增韧作用,具有较高的韧性,而受到了普遍关注。主 要从材料性能、加工性、美学性能等方面对Y-TZP在牙科领域的研究现状作一综述。氧化锆 Y-TZP 挠曲强度 CAD-CAM Application Status and Development Tendency of Yttria-stabilized Tetragonal Zirconia PolycrystalsY-TZP GAOYan ZHANG Fuqiang 1 Department of Prosthetic Dentistry Shanghai 9th People’Hospital Shanghai 200011;2.Shanghai Jiaotong University and Shanghai Institute of Stomotology Shanghai 200011 Abstract Compared with traditional dental ceramic Y-TZP is becoming more and more popular between dentists and patients due to its stress induced t–m ZrO2 transformation. This paper introduces the mechanical propertymachinable and aesthetic property of Y-TZP. Key words zirconiaY-TZPflexture strengthCAD-CAMt 0 与传统的金瓷修复体比较,全瓷冠桥修复体因其在美学和生物相容性方面性能的改善而受到普遍的关注13。不论是玻璃陶瓷,高铝含量的玻璃渗透陶瓷都不能满足后牙固定局

氧化锆分析仪原理、结构及安装

氧化锆分析仪 一:产品概述 ZOY-4系列智能氧化锆氧量分析仪是一种实用可靠的自动化分析仪表。能与各种电动单元仪表、常规显示记录仪表及DCS集散控制系统配合作用,可对锅炉、窑炉、加热炉等燃烧设备在燃烧过程中所产生的烟气含量进行快速、正确的在线检测分析。以实现低氧燃烧控制,达到节能目的,减少环境污染。ZOY-系列智能氧化锆氧量分析仪有ZOY型氧化锆探头(一次仪表)和ZOY氧量变送器(二次仪表)二部分组成。 二:工作原理 氧化锆锆管是一种金属氧化物,在高温下形成固态电解质具有传导氧离子的特性。被测气体(烟气)通过探头过滤器,进入氧化锆锆管的内侧,参比气体(空气)通过自然对流进入探头氧化锆锆管的外侧。当锆管内外侧氧浓度不同时,在氧化锆锆管内外两侧间会产生氧浓差电动势。 三:型号规格及技术指标

①基本误差:<±2%F·S,仪表精度1级 ②量程:0~5%O2;0~10%O2;0~20%O2;0~25%O2 ③本底修正:-20mV~+20mV ④被测烟气温度:ZOY-4型低于700℃(低温型)ZOY-5型700~1000℃(高温型) ⑤输出信号:可扩展双路隔离输出,0~10mADC和4~20mADC,采取光电隔 离,直接和计算机联网。 ⑥负载能力:0 ~1.2ΚΩ或0~600Ω ⑦环境条件:0~50℃;相对湿度<90% ⑧电源:220V±10%,50Hz ⑨功耗:变送器约8W,加热炉平均约50W ⑩响应时间:90%约3秒 四:安装方式 1、安装点的选择安装点的烟气温度应符合相关要求,一般来说,烟气温度低,检测器使用寿命长,烟气温度高,使用寿命短。检测器不能安装在烟气不流动的死角,也不能安装在烟气流动很快的地方

钇稳定氧化锆纳米粉体制备技术

第25卷第6期 硅 酸 盐 通 报 Vol .25 No .6 2006年12月 BULLETI N OF THE CH I N ESE CERAM I C S OC I ETY December,2006  钇稳定氧化锆纳米粉体制备技术研究进展 王洪升1,王 贵2,张景德1,徐廷鸿1 (1.山东大学材料液态结构及其遗传性教育部重点实验室,济南 250061;2.济南大学泉城学院,济南 250061) 摘要:纳米YSZ 是一种新型的高科技材料,有着广泛而重要的用途。本文根据国内外最新研究现状及其发展趋势,综述了纳米级YSZ 的制备技术,特别就目前研究比较多的水热法和反胶团法给予了重点阐述,并就目前制备过程中存在的问题,解决方法及发展方向作了介绍。 关键词:YSZ;纳米粉体;团聚;制备 The Prepara ti on Progresses of Y SZ Nanom eter Powder WAN G Hong 2sheng 1,WAN G Gui 2,ZHAN G J ing 2de 1,XU Ting 2hong 1(Keb Lab .of L iquid Structure and Heredity of MaterialsM inisity of Educati on,Shandong University,J inan 250061,China; 2.Quancheng College of J inan University,J inan 250061,China )Abstract:U ltrafine YSZ particles are a ne w type of advanced material,which has wide and significant uses .Varieties of p reparati on and drying methods of YSZ powder were revie wed in this paper on the basis of ne w p r ogress and devel op ing trends,es pecially the hydr other mal method and the reverse m icelles were described in detail .The p r omble m s that need t o be s olvoed and the directi on in the future were given . Key words:YSZ;nanometer powder;aggregati on;p reparati on 作者简介:王洪升(19822)男,硕士.主要从事氧化锆气敏陶瓷的研究.E 2mail:wanghongsheng@mail .sdu .edu .cn Y 2O 3稳定的Zr O 2(YSZ )固体电解质,具有较高的氧离子导电性,良好的机械性能,优秀的耐氧化和耐腐蚀性[1]以及不与电极材料反应[2]等优点而成为制作氧传感器、高温固体燃料电池、压电陶瓷、铁电陶瓷以及氧泵等的主要材料,而氧化钇稳定氧化锆粉体超细的晶粒粒度、颗粒的均匀性和合理的成分配比是获得高离子电导性能和良好机械强度YSZ 固体电解质的关键。因此纳米YSZ 微粒的制备一直是纳米材料制备科学中的一个热点,目前人们研究、使用了共沉淀法,s ol 2gel 法、水热法、共沉淀-凝胶法、醇-水溶液法、共沸蒸馏技术、微波辅助法、反胶团法或微乳液法等多种制备氧化锆粉体的方法。 1 粉体的制备方法 1.1 共沉淀法 图1 化学共沉淀法工艺流程Fig .1 Flow chart of the chem ical co 2precip itation method 含有多种阳离子的溶液中加入沉淀剂后,所有离子同时沉 淀的方法称为共沉淀法[3]。一般在可溶性锆盐和钇盐的混合 水溶液中,加入氨水、苛性钠、(NH 4)2CO 3或尿素等碱性物质, 从而生成锆和钇的氢氧化物沉淀,然后对沉淀物经洗涤、干燥、 热处理、粉碎即得超细粉末,该法不仅工艺简单(如图1),对设备要求不高,成本低,重复性好,而且可制得各种晶型的氧化物

压电陶瓷材料的制作方法

一种压电陶瓷材料,其组分及各组分的质量份数为:四氧化三铅2030份、二氧化锆25份、碳酸钡25份、氧化铜15份、二氧化钛13份、镍13份。本技术的成分配比合理,易加工,减少了能源消耗,提高产品质量,增强压电陶瓷性能。 权利要求书 1.一种压电陶瓷材料,其特征在于:其组分及各组分的质量份数为:四氧化三铅20-30份、二氧化锆2-5份、碳酸钡2-5份、氧化铜1-5份、二氧化钛1-3份、镍1-3份。 技术说明书 一种压电陶瓷材料 技术领域 本技术属于陶瓷材料领域,特别是涉及一种压电陶瓷材料。 背景技术 压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料,属于无机非金属材料。压电陶瓷具有敏感的特性,可以将极其微弱的机械振动转换成电信号,可用于声纳系统、气象探测、遥测环境保护、家用电器等。常用的压电陶瓷有钛酸钡系、锆钛酸铅二元系及在二元系中添加第三种ABO3(A表示二价金属离子,B表示四价金属离子或几种离子总和为正四价)型化合物。

技术内容 本技术的目的在于提出一种压电陶瓷材料,本技术的制作工艺在坯料成型过程中避免了添加聚乙烯醇,废除了排胶过程,缩短了加工时间,减少了能源消耗,排除在锻烧结晶时的杂质渗入,提高产品质量,增强压电陶瓷性能。 本技术的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现。依据本技术提出的一种压电陶瓷材料,其组分及各组分的质量份数为:四氧化三铅20-30份、二氧化锆2-5份、碳酸钡2-5份、氧化铜1-5份、二氧化钛1-3份、镍1-3份。 本技术的成分配比合理,易加工,减少了能源消耗,提高产品质量,增强压电陶瓷性能。 上述说明仅是本技术技术方案的概述,为了能够更清楚了解本技术的技术手段,而可依照说明书的内容予以实施,并且为了让本技术的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂,以下特举较佳实施例详细说明。 具体实施方式 实施例一: 一种压电陶瓷材料,其组分及各组分的质量份数为:四氧化三铅20份、二氧化锆2份、碳酸钡2份、氧化铜1份、二氧化钛1份、镍1份。 实施例二: 一种压电陶瓷材料,其组分及各组分的质量份数为:四氧化三铅30份、二氧化锆5份、碳酸钡5份、氧化铜5份、二氧化钛3份、镍3份。 实施例三: 一种压电陶瓷材料,其组分及各组分的质量份数为:四氧化三铅25份、二氧化锆3份、碳酸

氧化锆陶瓷

112 40 氧化锆陶瓷 编辑 白色,含杂质时呈黄色或灰色,一般含有HfO2,不易分离。在常压下纯ZrO2共有三种晶态。氧化锆陶瓷的生产要求制备高纯、分散性能好、粒子超细、粒度分布窄的粉体,氧化锆超细粉末的制备方法很多,氧化锆的提纯主要有氯化和热分解法、碱金属氧化分解法、石灰熔融法、等离子弧法、沉淀法、胶体法、水解法、喷雾热解法等。 目录 1简介 2种类特点 3粉体制备 4生产工艺 5应用 6增韧方法 1简介

氧化锆陶瓷,ZrO2陶瓷,Zirconia Ceramic 2种类特点 纯ZrO2为白色,含杂质时呈黄色或灰色,一般含有HfO2,不易分离。世界上已探明的锆资源约为1900万吨,氧化锆通常是由锆矿石提纯制得。在常压下纯ZrO2共有三种晶态:单斜(Monoclinic)氧化锆(m-ZrO2)、四方(Tetragonal)氧化锆 (t-ZrO2)和立方(Cubic)氧化锆(c-ZrO2),上述三种晶型存在于不同的温度范围,并可以相互转化: 温度密度 单斜(Monoclinic)氧化锆(m-ZrO2) <950℃ 5.65g/cc 四方(Tetragonal)氧化锆(t-ZrO2) 1200-2370℃ 6.10g/cc 立方(Cubic)氧化锆(c-ZrO2) >2370℃ 6.27g/cc 上述三种晶态具有不同的理化特性,在实际应用为获得所需要的晶形和使用性能,通常加入不同类型的稳定剂制成不同类型的氧化锆陶瓷,如部分稳定氧化锆(partially stabilized zirconia,PSZ),当稳定剂为CaO、 MgO、Y2O3时,分别表示为Ca-PSZ、 Mg-PSZ、 Y-PSZ等。由亚稳的t- ZrO2组成的四方氧化锆称之为四方氧化锆多晶体陶瓷(tetragonal zirconia polycrysta,TZP)。当加入的稳定剂是Y2O3 、CeO2,则分别表示为Y-TZP、Ce-TZP等。 3粉体制备 氧化锆陶瓷的生产要求制备高纯、分散性能好、粒子超细、粒度分布窄的粉体,氧化锆超细粉末的制备方法很多,氧化锆的提纯主要有氯化和热分解法、碱金属氧化分解法、石灰熔融法、等离子弧法、沉淀法、胶体法、水解法、喷雾热解法等。粉体加工方法有共沉淀法、溶胶一凝胶法、蒸发法、超临界合成法、微乳液法、水热合成法网及气相沉积法等。 4生产工艺

氧化锆氧量分析仪型号

氧化锆氧量分析仪主要用于测量燃烧过程中烟气的含氧浓度,将此类分析仪应用于燃烧检测过程中,可有效减少一氧化碳等气体的排放。当然,它也分为不同的型号。接下来由安徽康斐尔电气有限公司为您进行简单介绍,希望给您带来一定程度上的帮助。 氧化锆氧量分析仪按检测方式的不同,氧化锆氧探头分为两大类:采样检测式氧探头及直插式氧探头。 1.采样检测式氧探头 采样检测方式是通过导引管,将被测气体导入氧化锆检测室,再通过加热元件把氧化锆加热到工作温度(750℃以上)。氧化锆一般采用管状,电极采用多孔铂电极。其优点是不受检测气体温度的影响,通过采用不同的导流管可以检测各种温度气体中的氧含量,这种灵活性被运用在许多工业在线检测上。其缺点是反应时间慢;结构复杂,容易影响检测精度;在被检测气体杂质较多时,采样管容易堵塞;多孔铂电极容易受到气体中的硫,砷等的腐蚀以及细小粉尘的堵塞而失效;加热器一般用电炉丝加热,寿命不长。

在被检测气体温度较低(0℃~650℃),或被测气体较清洁时,适宜采样式检测方式,如制氮机测氧,实验室测氧等。 2.直插检测式氧探头 直插式检测是将氧化锆直接插入高温被测气体,直接检测气体中的氧含量,这种检测方式适宜被检测气体温度在700℃~1150℃时(特殊结构还可以用于1400℃的高温),它利用被测气体的高温使氧化锆达到工作温度,不需另外用加热器。直插式氧探头的技术关键是陶瓷材料的高温密封和电极问题。 由于需要将氧化锆直接插入检测气体中,对氧探头的长度有较高要求,其有效长度在500mm~1000mm左右,特殊的环境长

度可达1500mm。且检测精度,工作稳定性和使用寿命都有很高的要求,因此直插式氧探头很难采用传统氧化锆氧探头的整体氧化锆管状结构,而多采取技术要求较高的氧化锆和氧化铝管连接的结构。密封性能是这种氧化锆氧探头的最关键技术之一。目前国际上最先进的连接方式,是将氧化锆与氧化铝管永久的焊接在一起,其密封性能极佳,与采样式检测方式比,直插式检测有显而易见的优点:氧化锆直接接触气体,检测精度高,反应速度快,维护量较小。 安徽康斐尔电气有限公司位于长江之滨的的文明城市天长市,是集科技攻关、新品研发、制造营销、出口为一体的生产型企业。主要产品:电力电缆、控制电缆、计算机电缆、核电站用1E级和非1E 级电力电缆。仪器仪表系列:压力变送器、压力表系列、双金温度计、无纸记录仪、工业热电偶、仪表保护箱、温度传感器等。 公司拥有雄厚的技术力量、精良的制造工艺和科学的管理手段。公司严格执行产品标准及行业标准,按照国内各工矿企业的使用环境条件和工艺要求,制定严格的工艺流程,使产品工艺精良。公司自主研制、开发、生产的产品主要有六大系列,400多个品种。被广泛应用于航天、军工、电力、水处理等行业,产品销往国内29个省市自治区,在许多重点工程中使用,获得用户高度评价。

外科植入物氧化钇稳定四方氧化锆Y-TZP陶瓷材料

《外科植入物---氧化钇稳定四方氧化锆(Y-TZP)陶瓷材料》 行业标准编制说明 一、工作简况 任务来源:根据食药监办械管〔2017〕94号《总局办公厅关于印发2017年医疗器械行业标准制修订项目的通知》,确定由天津市医疗器械质量监督检验中心(以下简称天津中心)负责起草“外科植入物---氧化钇稳定四方氧化锆(Y-TZP)陶瓷材料”(项目编号: N2017012-T-TJ)行业标准。 任务下达后,天津中心对此项工作给予了高度重视,及时于2017年3月28日在武汉召开2017年标准制订工作启动会,并公开征集标准制定工作参与单位。启动会上责成标准项目负责人就《外科植入物---氧化钇稳定四方氧化锆(Y-TZP)陶瓷材料》标准的立项背景、现有工作基础、项目工作安排做了详细介绍,并成立了标准起草工作组。工作组成立后,迅速开展工作,通过查阅相关国际标准、美国标准、国家标准、行业标准等相关资料,基本确定了标准的制定思路。工作组于2017年4月至5月编写标准草案,于2017年6月19日至21日在天津组织召开标准修订中期会议,针对标准草案进行深入讨论,会后形成标准的征求意见稿。 二、编制原则和确定标准主要内容的依据 本标准按照GB/T 1.1-2009《标准化工作导则第1部分:标准的结构和编写》及GB/T 20000.2-2009《标准化工作指南第2部分:采用国际标准》的要求进行编写。 本标准使用重新起草法修改采用ISO 13356-2015: Implants for surgery-Ceramic materials based on yttria-stabilized tetragonal zirconia(Y-TZP) 本标准的主要内容包括: 1)范围 2)规范性引用文件 3)物理及化学性能 4)试验方法 三、主要实验(或验证)的分析、综述报告、技术经济论证、预期的经济效果 详见验证报告。 四、采用国际标准和国外先进标准的程度,以及与国际、国外同类标准水平的对比情况,或与测试的国外样品、样机的有关数据对比的情况。

压电陶瓷的特性及应用举例

压电陶瓷的特性及应用举例 芯明天压电陶瓷以PZT锆钛酸铅材料为主,主要利用压电陶瓷的逆压电效应,即通过对压电陶瓷施加电场,压电陶瓷产生纳米级精度的致动位移。 芯明天压电陶瓷 Δ压电效应 压电效应可分为正压电效应和逆压电效应。正压电效应是指压电陶瓷受到特定方向外力的作用时,在压电陶瓷的正负极上产生相反的电荷,当外力撤去后,又缓慢恢复到不带电的状态;逆压电效应是指在对压电陶瓷的极化方向上施加电压,压电陶瓷会随之发生形变位移,电场撤去后,形变会随之消失。

Δ纳米级分辨率 压电陶瓷的形变量非常小,一般都小于1%,虽然形变量非常小,但可通过改变电场强度非常精确地控制形变量。 压电陶瓷是高精度致动器,它的分辨率可达原子尺度。在实际使用中,压电陶瓷的分辨 率通常受到产生电场的驱动控制器的噪声和稳定性的限制。 Δ大出力 压电陶瓷产生的最大出力大小取决于压电陶瓷的截面积,对于小尺寸的压电陶瓷,出力 通常达到数百牛顿的范围,而对于大尺寸的压电陶瓷,出力可达几万牛顿。

Δ响应时间快

压电陶瓷特性分析(一) 压电效应

压电陶瓷特性分析(一) 压电效应 压电效应是1880年由居里兄弟在α石英晶体上首先发现的。它是反映压电晶体的弹性和介电性相互耦合作用的,当压电晶体在外力作用下发生形变时,在它的某些相对应的面上产生异号电荷,这种没有电场作用,只是由于形变产生的现象称为正压电效应。当压电晶体施加一电场时,不仅产生了极化,同时还产生了形变,这种由电场产生形变的现象称为逆压电效应,逆压电效应的产生是由于压电晶体受到电场作用时,在晶体内部产生了应力,这应力称为压电应力,通过它的作用产生压电应变,实验证明凡是具有正压电效应的晶体,也一定具有逆压电效应,两者一一对应[92]。 任何介质在电场中,由于诱导极化的作用,都会引起介质的形变,这种形变与逆压电效应所产生的形变是有区别的。电介质可能在外力作用下而引起弹性形变,也可能受外电场的极化作用而产生形变,由于诱导极化作用而产生的形变与外电场的平方成正比,这是电致伸缩效应。它所产生的形变与外电场的方向无关。逆压电效应所产生的形变与外电场成正比例关系,而且当电场反向时,形变也发生变化(如原来伸长可变为缩短,或者原来缩短可变为伸长)。此外,电致伸缩效应在所有的电介质中都具有,不论是非压电晶体还是压电晶体;只是不同结构的电介质晶体的电致伸缩效应的强弱不一样。而逆压电效应只有在压电晶体中才具有。 能产生压电效应的晶体叫压电晶体。一类压电晶体是单晶,如石英(SiO2),酒石酸钾钠(又称洛瑟盐,NaKC4H4O6?H2O),锗酸铋(Bi12GeO20)等。另一类压电晶体 称为压电陶瓷,如钛酸钡(BaTiO3),锆钛酸铅[Pb(Zr x Ti rx)O3,代号PZT],日本制成的铌镁锆钛酸铅[Pb(Mg1/3Nb2/3)O3加入PZT,代号PCM],中国制成的锑锰锆钛酸铅[Pb(Mn1/2Sb2/3)O3加入PIT代号PMS]等。 电介质的极化 压电晶体都是电介质,而且是各向异性电介质,因此压电晶体的介电性质与各向同性电介质的介电性质是不同的。 电介质在电场作用下要产生极化,极化状态是电场对电介质的荷电质点产生相对位移的作用力与电荷间的相互吸引力的暂时平衡统一的状态。电场是极化的外因,极化的内因在于介质的内部,随着介质内部的微观过程的不同,极化的主要机理有三种[97]。 (1) 组成电介质的原子或离子,在电场 作用下,带正电荷的原子核与其壳层电子 的负电中心出现不重合,从而产生电偶极 矩,这种极化称为电子位移极化。 (2) 组成电介质的正负离子,在电场 作用下发生相对位移,从而产生电偶极 矩,这种极化称为离子位移极化。 (3) 组成电介质的分子是有极分子,具有一定的本征电矩,但由于热运动,取向是无序的,整个电介质的总电矩为零(图5.1)。当外电场作用时,这些电偶极矩将

锆钛酸铅压电陶瓷的制备实验

锆钛酸铅压电陶瓷的制备实验 引言: 压电陶瓷 我们将具有压电效应的陶瓷称为压电陶瓷,而压电效应分为正压电效应和负压电效应。 ★正压电效应:当对某些晶体施加压力、张力或切向力时,则发生与应力成比例的介质极化,同时在晶体两端面将出现数量相等、符号相反的束缚电荷,这种现象称为正压电效应,如下图所示; ★逆压电效应:当在晶体上施加电场引起极化时,将产生与电场强度成比例的变形或机械应力,这种现象称为逆压电效应。 注:实线代表形变前的情况; 虚线代表形变后的情况。 自从十九世纪五十年代中期,由于钙钛矿的 PZT 陶瓷具有比 BaTiO3更为优良的压电和介电性能,因而得到广泛的研究和应用。图 1-1 为 Pb(Zr x Ti 1-x )O 3体系的低温相图[1]。在居里温度以上时,立方结构的顺电相为稳定相。在居里温度以下,材料为铁电相,对于富 Ti 组分(0≤x ≤0.52)为四方相;而低 Ti 组分(0.52≤x ≤0.94)为三方相。两种晶相被一条 x=0.52 的相界线分开。在三方相区中有两种结构的三方相:高温三方相和低温三方相,这两种三方相的区别在于前者为简单三方晶胞,后者为复合三方晶胞。在靠近 PbZrO3组分(0.94≤x ≤1)的地方为反铁电区,反铁电相分别为低温斜方相和高温四方相。 正压电效应示意图

如图 1-2 所示[10],对于四方相,自发极化方向沿着六个<100>方向中的一个方向进行,而三方相的自发极化方向沿着八个<111>方向中的一个方向进行。由于自发极化方向的不同,在不同的晶体结构中产生不同种类的电畴,在四方相中产生 180o 和 90o电畴,三方相中产生 180o、109o、71o电畴。 一、实验目的: 本实验主要是通过对具有压电性能的陶瓷材料PZT(锆钛酸铅)的制备来掌握特种陶瓷材料的整个工艺流程,并掌握一定的性能测试手段。 二、实验仪器: 电子天平、粉末压片机、箱式电阻炉、成型模具、温度控制仪、准静态d33测量仪、极化装置、阻抗分析仪等。 三、实验原理: 实验室制备PZT压电陶瓷的工艺路线为: 配方设计→PZT粉体混合研磨制备→预烧→成型→排塑→烧结→上电极→极化→性能

氧化锆陶瓷材料的抗热震性能分析

氧化锆陶瓷材料的抗热震性能分析 摘要:文章通过对氧化锆陶瓷材料的热膨胀性以及相变的特征进行分析,着重探讨有效利用氧化锆的相变提高氧化锆材料实际抗热震性能的具体方法,以及如何提高材料抗热震性的可行性办法。 关键词:氧化锆陶瓷材料抗热震性能 材料具有的热学性能以及力学性能决定了陶瓷材料当中热应力的大小,另外构件的几何形状以及环境的介质等也会影响陶瓷材料的热应力的大小。因此,抗热震性代表着陶瓷材料抵抗温度变化能力的大小,也肯定是它热学性能以及力学性能相对应各种受热条件时一个全面的反映。关于陶瓷材料在抗热震能力方面的研究开始于上个世纪五十年代,到目前形成了很多关于抗震性的相关评价理论,不过都在一定程度上有着片面性和局限性。 一、陶瓷材料的抗热震性具体理论分析 陶瓷材料热震破坏包括:在热冲击的循环直接作用下发生的开裂和剥落;在热冲击的作用下瞬间的断裂。基于此,有关脆性的陶瓷材料具体的抗热震性相关的评价理论也涵盖了两个观点。首先是基于热弹性的理论。其说的是材料原本的强度无法抵抗热震温差导致的热应力的时候,就造成了材料的“热震断裂”。通过这个理论,陶瓷材料需要同时具备热导率、高强度和低热膨胀系数、泊松比、杨氏弹性模量、黏度以及热辐射的系数,这样方能够具备较高的抗热震断裂能力。另外,想要提高陶瓷材料实际的抗热震能力,还可以通过对材料的热容以及密度进行适当的降低。 另一理论基于断裂力学的具体概念,也就是材料当中热弹性的应变能完全能够裂纹成核以及扩展而新生的表面需要的能量的时候,裂纹形成并且开始扩展,进而造成了材料热震的损伤。按照该理论,在抗热震损伤性能方面比较好的材料应当符合越高越好的弹性模量以及越低越好的强度。以此能够发现,以上要求和高抗热震断裂的能力具体的要求完全对立。另外,将陶瓷材料实际的断裂能提高以及对材料的实际断裂韧性进行改善,很明显有助于提高材料的抗热震的损伤能力。另外,存在一定量的微裂纹也对提高抗热震的损伤性能有很大的帮助,比如:在气孔率是10%到20%之间的非致密的陶瓷当中,热扩展裂纹的形成通常会遭受来自气孔的抵制,存在的气孔能够帮助钝化裂纹以及减小应力的集中。 作为氧化锆陶瓷材料,有着极为鲜明的常温力学的性能,熔点比较高、在化学稳定性以及热稳定性上都比较好。所以,其的使用经常处于高温的条件之下,因而其抗热震性的性能也是判断其性能的关键指标。氧化锆的许多性质都非常的特殊,比如:氧化锆能够以单料以及四方、立方这三种具体晶型共同存在,还有它特殊的相变特性,这么多特性都可以被我们所利用,用来提高其热膨胀的行为,加强其的抗热震方面的性能。

中国原子能科学研究院氧化锆氧量分析仪说明书

目录 1 概述 (1) 2 仪器测量原理 (2) 3 仪器主要技术参数 (3) 4 仪器简介 (3) 4.1 仪器组成 (3) 4.2 各部分简介 (4) 4.2.1 探头简介 (4) 4.2.2 变送器简介 (4) 4.2.2.1 基本结构 (4) 4.2.2.2 基本操作 (5) 4.2.2.3 基本设臵 (6) 5 仪器检验 (6) 6 仪器安装 (8) 6.1 安装前的准备 (8) 6.1.1 探头安装位臵的选择 (8) 6.1.2 炉体法兰的焊接 (9) 6.1.3 现场布线 (9) 6.2 安装 (10) 6.2.1 变送器的安装 (10) 6.2.2 探头的安装 (10) 6.3 现场连线 (11) 7 仪器校准 (11) 7.1 校准前的准备 (11) 7.2 校准方法 (11) 8 仪器日常维护与常见故障排除 (13) 8.1 仪器日常维护 (13) 8.2 常见故障的分析与排除 (13)

1 概述 氧化锆氧分析仪主要用于测定锅炉烟气中的氧分压即氧气的体积百分数含量(简称氧含量或氧量),对于保障锅炉运行安全、提高燃料燃烧效率及减少环境污染将起到重要作用。其应用场所主要有: ●火电厂锅炉; ●炼油厂加热炉和输油管道加热炉; ●冶炼厂加热炉和均热炉; ●化工、轻纺、食品加工、制药、水泥和采暖等企业的工业锅炉。 燃料燃烧效率与空气过剩系数密切相关。在燃烧过程中,当空气过剩系数太小即氧量不足时,由于燃料未充分燃烧而导致热效率降低,且排出的未完全燃烧气体也将对导致环境污染;而当空气过剩系数太大即氧量过多时,虽然能使燃料充分燃烧,但过剩空气带走的热量多,也导致热效率降低,同时过量氧气使烟气中硫化物和氮氧化物含量增大,同样导致环境污染。因此,通过安装氧化锆氧分析仪,在线实时监测烟气中的氧含量,调节空气和燃料的最佳配比,实现优化燃烧,在节能减排与安全环保等方面具有重要意义。 中国原子能科学研究院始建于1950年,是中国核科学技术的发祥地,是以核科学为主、多学科并存的综合性大型科研基地,是我国“两弹一艇”事业的摇篮。氧化锆开发研究室是院下属的集科研、产品开发和市场营销为一体的综合性实体,从事氧化锆测氧技术的研究已30余年,编写了国内本行业第一本专著:《氧离子固体电解质浓差电池与测氧技术》。该技术曾先后多次荣获国家发明奖及部科技成果奖。在这一系列科研成果的基础上,成功研制出ZO系列氧化锆氧分析仪。该产品曾在北京国际博览会上获同类产品最高质量奖,并在全国氧化锆氧分析仪行业质量评比中荣获一等奖。2001年,该产品通过ISO9001国际质量体系认证。此后,我院开发并推出了防硫型、高温型等多种型号的氧化锆氧分析仪,以满足不同用户的需求。

氧化锆陶瓷行业现状

氧化锆陶瓷行业现状 氧化锆陶瓷作为陶瓷中应用最广的一种材料,其计算机技术和数字化控制技术的发展促进了先进陶瓷材料工业的技术进步和快速发展,诸如自动控制连续烧结窑炉、大功率大容量研磨设备、高性能制粉粒设备等净压成型设备等先进的成套设备有利地推动了行业整体水平的提高,同时在生产效率、产品质量等方面也都明显改善,其中山东金澳科技为其行业之最。 微晶氧化锆陶瓷制品作为其它行业或的基础材料,受着其它行业发展水平的影响和限制。从目前氧化锆陶瓷的应用情况看,应用范围越来越宽,用量越来越大,特别是在防磨工程和建筑陶瓷生产方面的用量增加将更为显著。 作为结构陶瓷用的氧化锆是一个非常复杂的体系,其应用不仅取决于化学性能(纯度和组成)、而且还取决于相结构和氧化锆粉末的物理特性。其中金澳科技在这方面体现的尤为突出,其化学组成容易控制,相结构也是较容易调节的。而氧化锆来控制。在低温下存在四方相可能是受多个因素的影响(包括化学反应的阴离子杂技的影响),在四方相和母体无定型相之间的结构是类似的。在晶体中晶格应变和缺陷中心存在,没有考虑t -m转变发生是低于一个给定的颗粒尺寸。这些晶格应变和缺陷中心可能由于化学杂质存在,引起ZrO从无定型状态变成四方相的结晶体。 目前制备亚微氧化锆粉体的方法很多,常见的有共沉淀法、醇盐水解法、氧氯化锆水解法、水热法(高温水解法)、溶胶-凝胶法等, 这些方法各有特点,但也存在很多不足。如共常常法制务粉末存在严重的团聚现象,制备粉末都不能达到很细,分散性能很差,粒度分布不均匀,即使方法恰当,工艺操作合理,也不能区得最理想的粉末。在制造陶瓷时,由于粉末的流动性差,所以压制坯块均匀性差,烧结密度不高。

非水解溶胶_凝胶法制备氧化钇稳定氧化锆粉体

第28卷 第1期Vo l 128 No 11材 料 科 学 与 工 程 学 报Journal of M aterials Science &Engineering 总第123期Feb.2010 文章编号:1673-2812(2010)01-0049-05 非水解溶胶-凝胶法制备氧化钇稳定氧化锆粉体 陶 桥1,林 健1,2,陈江翠1,魏恒勇1 (1.同济大学材料科学与工程学院,上海 200092;2.同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室,上海 200092) =摘 要> 非水解溶胶-凝胶法(N on -hydr olytic so-l g el,NH SG)作为一种新的合成方法,融合了溶胶-凝胶法和溶剂热两者的优势。本文分别采用回流和容弹两种NH SG 工艺制备了纯ZrO 2和氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)粉体。DT A 和XRD 分析结果表明:容弹工艺制备的纯ZrO 2和YSZ 粉体在凝胶 阶段就已具有较高的结晶度,且YSZ 粉体经330e 热处理后具有较完整的四方晶相结构;回流工艺制备的产物在凝胶阶段其无定形程度较高,经500e 左右热处理析出晶体。两种NH SG 工艺制备粉体中单个颗粒尺寸绝大部分都在100nm 以下。 =关键词> 非水解溶胶-凝胶法;容弹;回流;YSZ 中图分类号:T M192 文献标识码:A Preparation of Yttria -Stabilized Zirconia Powders by Non -hydrolytic So-l gel Method TAO Qiao 1 ,LIN Jian 1,2 ,CHEN Jiang -cui 1 ,WEI Heng -yong 1 (1.School of Materials Science and Engineering,Tongji University,Shanghai 200092,China; 2.Key Laboratory of Advanced C ivil Engineering Materials,Ministry of Education,Shanghai 20092,China) =Abstract > Non -hydroly tic so-l g el metho d (NH SG)is a novel synthetic process,w hich co mbines the advantages of both so-l g el and so lvother mal synthesis methods.Tw o kinds of NH SG processes i.e.,autoclave and reflux pro cesses,w ere used to prepare pure ZrO 2and yttria -stabilized zirconia (YSZ)pow der s.T he r esults of DTA and XRD analy sis show that the pure ZrO 2and YSZ po w ders prepared via autoclave pro cess have better cry stallinity during g el stage,and YSZ pow der s fo rms perfect crystalline t -ZrO 2phase after heating at 330e .Pure ZrO 2and YSZ pow der s obtained by reflux process w ere am orpho us,they begin to crystallize by heating at 500e .YSZ po w ders w ith an average particle size of abo ut 100nm w as obtained by both autoclave and reflux pro cesses. =Key words > NH SG;autoclav e;reflux ;YSZ 收稿日期:2009-05-31;修订日期:2009-09-03 作者简介:陶 桥(1986-),男,江西南昌人,硕士,从事氧传感器研究,E -mail:qiaotao222@https://www.360docs.net/doc/3217821458.html, 。通讯作者:林 健(1964-),男,浙江杭州人,教授、博士生导师,E -mail:lin_jian@https://www.360docs.net/doc/3217821458.html, 。 1 前 言 ZrO 2陶瓷因具有良好的光学、热学和电学性能[1~3]而备受关注。当四方ZrO 2转变为单斜结构时会产生5%左右的体积变化,容易引起陶瓷开裂,因此往往需掺入Y 2O 3或CaO 等来抑制这种转变[4] 。氧化 钇稳定的氧化锆(Yttria -Stabilized Zir conia,YSZ),具 有很高的氧离子电导率,而且在氧化还原气氛中的稳定性也非常好,因而在高温结构材料、高温或常温光学元件、氧敏元件,高温燃料电池等领域 [5~8] 有着广泛 的应用。 液相法合成超细粉体的方法通常有溶胶-凝胶法[9]、共沉淀法[10]等。传统溶胶-凝胶法即水解溶胶-

压电陶瓷的种类

压电陶瓷的种类 1 铁电陶瓷ferroelecteic ceramics 具有重铁电性的陶瓷称为铁电陶瓷。从晶体结构来看,铁电陶瓷的晶体的主晶相具有钙钛矿结构,钨青铜结构,铋层状结构和焦绿石结构等。 2 反铁电陶瓷antiferroelectric ceramics 具有反铁电性的陶瓷称为反铁电陶瓷。 3 压电陶瓷piezoelectric ceramics 具有压电效应的陶瓷称为压电陶瓷,由于末经过极化处理的铁电陶瓷的自发极化随机取向,故没有压电性。极化处理使其自发极化沿极化方向择优取向。在撤去电场后,陶瓷体仍保留着一定的总体剩余极化,故使陶瓷体有了压电性,成为压电陶瓷。在高温的高温度梯度场中定向析晶的非铁电极性玻璃陶瓷也具有压电性。 4 钛酸钡陶瓷barium titanate ceramics 钛酸钡陶瓷是一种具有典型钙钛矿结构的铁电陶瓷。它通常是以碳酸钡和二氧化钛为主要原料,预先合成后再在高温下烧结而成的。 5 钛酸铅陶瓷lead titanate ceramics 钛酸铅陶瓷是具有钙钛矿性结构的铁电陶瓷。它通常是由四氧化三铅{或氧化铅}和二氧化钛以及少量添加物预先合成后再在高温下烧结而成的。 6 二元系陶瓷binary system ceramies 二元系压电陶瓷是俩种化学通式ABO3型结构的化学物所形成的固溶体,其中A 代表二价的正离子Pb2+,Ba2+,Mg2+,Ca2+,Sr2+,等或一价正离子K+,Na+等,B代表四价的正离子Zr4+,Ti4+或五价的Nb5+等。最常见的二元系压电陶瓷是PbZrxTi{1-x}O3。通过调节两种ABO3型结构的克分子比,以及用取代元素和添加物改性的方法,可以获得各种不同用途的材料。 7 锆钛酸铅陶瓷Lead zirconate ceramic 锆钛酸铅陶瓷通常简称为PZT陶瓷,这种压电陶瓷目前受到广泛应用。它是PbZrO3和PbTiO3的固溶体,具有钙钛矿型结构,当锆钛比为53/47左右{即共晶相界附近}时,具有最强的压电性能。 8 三元系陶瓷ternary system ceramics 三元系陶瓷通常是在具有钙钛矿性结构的锆钛酸铅{PbZrO3-PbTiO3}中二元系再增加第三种{化学通式为ABO3型}化合物而形成的三元系固溶体。所增加的第三种成分,它们的共同特点是在掺入PbZrO3-PbTiO3之中形成固溶体后不改变整个晶格的钙钛矿型结构。 9 铌酸盐系陶瓷niobate system piezoelectric ceramics 铌酸盐系压电陶瓷是具有氧八面体结构的铁电陶瓷,各种铌酸盐陶瓷分别具有钙钛矿型{如KnbO3},钨青铜型{如便铌酸铅PbNb2O6}和焦绿石型{如Cd2Nb2O7}等结构。它们的居里温度高,介电常数小和声速大,尤其偏铌酸铅的机械品质因数QM 很低,适用于超声检测。 10 电光{透明铁电}陶瓷electeo-optic{transparent ferroelectric}ceramics 通常指掺鑭{La}的锆钛酸铅{PZT}陶瓷等,简称PLZT,另外还有掺铋的锆钛酸铅等,它们都有电光效应。在铁电陶瓷中,电畴状态的变化伴随着光学性质的改变,通过外加电场对透明陶瓷电畴状态的控制,可有电控双折射{细晶陶瓷}和电控光散射{粗晶陶瓷}等特性。

压电陶瓷性能及PZT制备工艺

压电陶瓷性能及PZT制备工艺 王幸福无机非金属材料工程 80308113 摘要: 简单综述了压电陶瓷的性能及锆钛酸铅压电陶瓷制作方法,重点分析了锆钛酸铅压电陶瓷的掺杂改性的机理和作用。以及压电陶瓷PZT未来发展的前景。 关键词: 锆钛酸铅;制作方法。 引言 锆钛酸铅一Pb(Zr,Ti)03:(PZT)是一种具有多种应用功能的钙钦矿型ABO3结构铁电材料,是由铁电相PbTiO3(Tc=490℃)和反铁电相PbZrO3(Tc=230℃)组成的固溶体。PbZrO3一PbTiO3:系固溶体(PZT)相图中,在x约为0.52一0.53附近存在一个铁电四方相(FT)和菱形相(FR)的交界区,就是我们通常称之为的准同型相界(MPB)。在PZT的MPB上具有高的压电和介电特性,具有高的的居里温度,因此受到国内外相关研究者的广泛重视,使之成为迄今为止,应用最广的压电陶瓷材料。 一、PZT压电陶瓷结构特征及特点 1.1钙钛矿结构特征 PZT 陶瓷是指锆钛酸铅( PbZr x Ti1 - xO3 , PZT)陶瓷,它是ABO3 型钙钛矿(perovs kites) 结构,Zr ,Ti 处于氧八面体的中心,Pb 处于氧八面体的间隙。单元结构如图1 所示[1]。 1.2锆钛酸铅(PZT)结构特点 PZT压电陶瓷是属于钙钦矿结构的压电晶体。向PbTIO3:中掺入Zr形成锆钛酸铅(PZT)陶瓷材料,用途广泛。Ti与Zr在结构中呈完全类质同像,但Z/rTi比值不同使材料的结构也不同,在铁电四方和三方相界附近,PZT材料具有优良的压电、介电和热电性能。锆钛酸铅固溶体相图如图1.4所示[2],在相变温度以下,当错/钦比z/rTi=53/47时,存在一条准同型相界。准同型相界的右边(富钦一边)为四方晶相,左边(富错一边)为三方晶相。实际上,准同型相界有一定的宽度范围,在此范围内,两相共存,数量关系遵从“杠杆定理”。

氧化钇稳定氧化锆涂层的研究现状

第47卷第13期2019年7月广 州 化 工 Guangzhou Chemical Industry Vol.47No.13Jul.2019 氧化钇稳定氧化锆涂层的研究现状 彭春玉 (国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心,广东 广州 511356) 摘 要:由于氧化钇稳定氧化锆(YSZ)陶瓷材料在作为热障涂层的使用过程中存在因抗烧结性能差二应力裂纹二涂层脱落 等导致涂层失效的问题,本文主要从热障涂层的制备工艺,抗烧结性能二控制TGO 的生长二抗CMAS 腐蚀及YSZ 面层应变容限等方面的改善方法进行论述,通过提高涂层纯度二改变粘接层及涂层成分二涂层结构及制备柱状结构YSZ 陶瓷面层释放热失配应力等可有效改善涂层在使用过程中的失效问题三 关键词:氧化钇稳定氧化锆;热障涂层;等离子喷涂;电子束物理气相沉积;失效机理  中图分类号:O343.6  文献标志码:A 文章编号:1001-9677(2019)13-0044-03 作者简介:彭春玉(1980-),女,助理研究员,主要从事表面镀覆领域的发明专利实质审查工作三 Research Progress on Failure Mechanism of Thermal Barrier Coating PENG Chun -yu (Patent Examination Cooperation Guangdong Center of the Patent Office,CNIPA, Guangdong Guangzhou 511356,China) Abstract :Due to poor sintering resistance,stress crack,coating shedding and other problems that lead to coating failure in the application of Yttria -stabilized zirconia (YSZ )ceramic materials as thermal barrier coatings,the improvement method of thermal barrier coatings was mainly discussed in terms of sintering resistance,TGO growth control,CMAS corrosion resistance and YSZ surface layer tolerance,which can effectively improve coating failure in application by improving coating purity,changing adhesive layer and coating composition,coating structure and preparing columnar YSZ ceramic surface to release thermal mismatch stress. Key words :Yttria-stabilized zirconia;thermal barrier coating;plasma spray;EB-PVD;failure mechanism 热障涂层(thermal barrier coatings,简称TBCs)可以降低金属基底的温度,提高油料的燃烧温度和燃烧效率,而且还可以防止金属基底的高温腐蚀,应用于金属表面,如涡轮叶片和航空发动机三TBCs 的功能是为流经前述叶片的热铸件提供隔热三氧化钇稳定氧化锆(YSZ)陶瓷材料由于具有高热膨胀系数二低热导率及良好的抗氧化性和稳定性等优异性能,已经被广泛应用于制备热障涂层,热障涂层对于进一步提高合金材料的使用温度发挥着重要的作用,可以提高使用温度70~150℃[1] 三 YSZ 具有低的热导率和相对较高的热膨胀系数,但是它在使用 过程中存在如下问题[2-7]: (1)抗烧结性能差; (2)热生长氧化物(TGO)内部应力诱发裂纹导致涂层脱落; (3)高温作用下形成一种玻璃态沉积物CMAS 与YSZ 中的 Y 2O 3反应,在热化学与热机械的相互作用下,导致YSZ 涂层内部产生裂纹; (4)热膨胀系数存在的差异导致YSZ 面层脱落三 为了改善YSZ 涂层性能,人们对影响YSZ 涂层服役寿命的常见问题及改善需求二改善方法进行了大量的探索和研究三 1 氧化钇稳定氧化锆涂层的制备 氧化钇稳定氧化锆涂层的制备可以通过多种方法实现:如高速火焰喷涂二爆炸喷涂二磁控溅射二离子镀二电弧蒸镀二激光熔覆二化学气相沉积二离子束辅助沉积二等离子喷涂和电子束物理气相沉积等,但是从热障涂层技术的发展及应用来看,涂层的制备技术以等离子喷涂和电子束物理气相沉积[8-12]为主三 1.1 等离子喷涂 等离子喷涂法是一种最突出和最广泛使用的涂层技术,用于涂覆顶涂层和粘结涂层三在该方法中,在阴极附近通过的等离子体气体在到达阳极喷嘴时被加热至等离子体温度,在该等离子体温度下,等离子体气体与载有原料粉末的载气混合,并且熔融粉末颗粒的混合物被制成高速撞击基底,以形成所需的涂层[13]三 用于氧化钇稳定氧化锆涂层制备的等离子喷涂包括大气等 离子喷涂(APS)二高能等离子喷涂(HEPS)和低压等离子喷涂(LPPS)三等离子喷涂的工艺特点是操作简单,加热温度高,对涂层材料的要求宽松,沉积率高,制备成本低三等离子喷涂制

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