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钛酸钡功能陶瓷材料
钛酸钡功能陶瓷材料
钛酸钡功能陶瓷材料是一种非常重要的工程材料，它具有很多的优异特性和性能，因此广泛应用于各种各样的领域和行业中。
下面我将会从两个方面来讨论钛酸钡功能陶瓷材料的特点和应用。
首先是钛酸钡功能陶瓷材料的特点。
一般来说，它具有以下几个方面的特点：
1. 高温稳定性：钛酸钡陶瓷在高温条件下仍能保持其良好的物理和化学性质，可以承受高达1100°C的温度。
2. 高介电常数：该材料的介电常数远高于其他材料，达到了8~10，因此常用于电子和通讯设备中。
3. 良好的压电效应：钛酸钡陶瓷表现出良好的压电效应，因此在精密测量仪器、声学传感器以及医学领域应用广泛。
4. 良好的化学稳定性：钛酸钡陶瓷具有良好的耐腐蚀性和抗化学腐蚀性，可用于制造耐腐蚀的传感器和化学设备。
其次是钛酸钡功能陶瓷材料的应用。
目前钛酸钡陶瓷的应用领域比较
多，例如：
1. 传感器：由于钛酸钡陶瓷具有压电效应，因此可用于制造不同种类
的传感器，如压力传感器、声波传感器、超声波传感器等。
2. 机械零件：钛酸钡陶瓷具有优异的物理性能，如高硬度、高强度等，因此可用于制造机械零件，如轴承、轮轴、喷气发动机等。
3. 电容器：钛酸钡陶瓷具有高介电常数，可用于制造电容器等电子设备。
4. 医疗器械：钛酸钡陶瓷具有良好的生物相容性，不会引起人体免疫
反应，因此可用于制造医疗器械、人工关节等。
综上所述，钛酸钡功能陶瓷材料是一种非常重要的工程材料，具有多
种特点和应用。
随着科技的不断发展，钛酸钡陶瓷将会被广泛应用到
更多的领域中。
高性能钛酸钡陶瓷的制备工艺与应用
高性能钛酸钡陶瓷的制备工艺与应用钛酸钡因具有高介电常数、压电铁电性及正温度系数等优异性能而成为重要的陶瓷材料。
烧结工艺对钛酸钡陶瓷的致密化与显微结构具有重要影响；钛酸钡陶瓷存在介电常数随温度的变化率较大、介电损耗高、击穿场强低、本身存在薄层时吸收强度弱和带宽窄等缺点，常常通过掺杂改性来提高钛酸钡陶瓷的性能，而不同掺杂材料对钛酸钡陶瓷有着不同的影响。
钛酸钡陶瓷应用前景广阔，进一步研究更优良的钛酸钡陶瓷烧结工艺及掺杂工艺有着很重大的意义。
钛酸钡陶瓷烧结工艺目前钛酸钡陶瓷的烧结方式主要有无压烧结、高压烧结、微波烧结、毫米波烧结等。
【无压烧结】无压烧结在常压下进行烧结，主要包括常规无压烧结、两步法烧结、两段法烧结。
常规无压烧结方法是将陶瓷胚体通过加热装置加热到一定温度，经保温后冷却到室温以制备陶瓷的方法。
常规烧结采用高温长时间、等烧结速率进行，此方法需要较高的烧结温度(超过1000℃)和较长的保温时间。
如果烧结温度较低，则不能够形成足够的液相填充胚体里的气孔，材料晶界结合不好并且材料中存在较大的孔洞，此时材料的电性能较差；烧结温度过高，可能导致晶界的移动速度过快，出现晶粒异常增大现象。
两步法烧结的烧结流程为：陶瓷胚体通过加热装置加热到一定温度后不进行保温，立即以很快的速度降温到相对较低的温度进行长时间的保温。
与常规烧结方法相比，两步烧结法巧妙地通过控制温度的变化，在抑制晶界迁移(这将导致晶粒长大)的同时，保持晶界扩散(这是坯体致密化的动力)处于活跃状态，来实现晶粒不长大的前提下达到烧结的目的。
两段法烧结是指在相对较低的温度下保温一段时间，然后再在较高的温度下保温，最后自然冷却。
用此工艺可以降低烧结温度和缩短烧结时间，此方式可以用于烧结细晶钛酸钡陶瓷。
【高压烧结】高压烧结有两种方式，第一种为高压成型常压烧结，第二种为高压气氛烧结。
高压成型常压烧结中，样品在高压下再次加压后，颗粒之间的接触点增加且气孔减少，导致烧结前坯体的相对密度显著增加，而陶瓷烧结活性与样品的压坯密度紧密相关，所以烧结温度显著降低。
钛酸钡陶瓷制备实验报告(3篇)
第1篇实验目的本实验旨在了解钛酸钡陶瓷的制备过程，掌握固相反应法合成钛酸钡陶瓷的实验步骤，并通过对实验结果的分析，探讨影响钛酸钡陶瓷性能的关键因素。
实验原理钛酸钡（BaTiO3）是一种具有钙钛矿结构的压电陶瓷材料，广泛应用于电容器、传感器、换能器等领域。
钛酸钡陶瓷的制备主要通过固相反应法，即利用高温使钡源和钛源发生化学反应，生成钛酸钡晶体。
实验材料1. 纯度≥99.9%的钛酸钡原料2. 纯度≥99.9%的钡源3. 纯度≥99.9%的钛源4. 纯度≥99.9%的氧化铝（Al2O3）作为助熔剂5. 砂轮研磨机6. 高温炉7. 精密天平8. 精密移液器9. 烧结炉10. 显微镜11. X射线衍射仪（XRD）实验步骤1. 原料准备：称取适量的钛酸钡原料、钡源、钛源和氧化铝，精确至0.01g。
2. 原料混合：将称取好的原料放入球磨罐中，加入适量的去离子水，开启砂轮研磨机进行球磨，时间为2小时。
3. 干燥：将球磨后的浆料在60℃下干燥12小时，得到干燥的粉体。
4. 压制成型：将干燥后的粉体进行压制成型，得到尺寸为10mm×10mm×1mm的陶瓷片。
5. 烧结：将陶瓷片放入高温炉中，在1300℃下烧结2小时。
6. 性能测试：对烧结后的钛酸钡陶瓷进行XRD分析，测定其物相组成；使用显微镜观察其微观结构；测量其介电常数和介电损耗。
实验结果与分析1. XRD分析：通过XRD分析，发现钛酸钡陶瓷主要成分为BaTiO3，没有其他杂质相生成。
2. 微观结构：通过显微镜观察，发现钛酸钡陶瓷晶粒尺寸均匀，分布良好。
3. 介电常数和介电损耗：测量结果表明，钛酸钡陶瓷的介电常数为3450，介电损耗为1.89%，满足实验要求。
结论本实验采用固相反应法成功制备了钛酸钡陶瓷，实验结果表明，该方法能够得到物相组成单一、微观结构良好的钛酸钡陶瓷。
通过调整原料配比、球磨时间、烧结温度等因素，可以进一步优化钛酸钡陶瓷的性能。
钛酸钡陶瓷的种类
掺杂元素如锶、钙、镁等，可以改变钛酸钡的介电常数、压电系数、热导率等性能 参数。
通过选择不同的掺杂元素和掺杂量，可以定制钛酸钡陶瓷以满足特定应用的需求。
表面处理
表面处理是为了改善钛酸钡陶 瓷的表面性能，提高其与金属
或其他材料的粘附性。
高介电常数
钛酸钡陶瓷具有很高的介电常数，使其在制造电容器 、电子滤波器等电子元件方面具有优异性能。
压电性
钛酸钡陶瓷具有压电性，即在外力作用下能够产生电 荷，可用于制造传感器和换能器等。
热稳定性
钛酸钡陶瓷具有较好的热稳定性，能够在较高温度下 保持其性能。
钛酸钡陶瓷的应用领域
电子元件
由于其高介电常数和良好的热稳 定性，钛酸钡陶瓷广泛应用于制 造电容器、电子滤波器、电子管 座等电子元件。
。
制备工艺
高纯度钛酸钡陶瓷的制备工艺较为 复杂，需要经过多次提纯、合成和 烧结等步骤，以确保最终产品的纯 度和性能。
应用领域
高纯度钛酸钡陶瓷广泛应用于电子 、通讯、航空航天等领域，作为功 能陶瓷和结构陶瓷的重要原料。
多孔钛酸钡陶瓷
孔隙结构
应用领域
多孔钛酸钡陶瓷具有发达的孔隙结构 ，孔径大小可调，孔隙率较高。
传感器
利用其压电性，钛酸钡陶瓷可以 用于制造压力传感器、加速度传 感器等传感器件。
通讯领域
在通讯领域，钛酸钡陶瓷可用于 制造高频通讯器件，如手机、无 线电通讯设备中的元件。
02
钛酸钡陶瓷的种类
高纯度钛酸钡陶瓷
纯度要求
高纯度钛酸钡陶瓷的原料纯度要 求极高，通常需要达到99.9%以 上，以确保陶瓷的性能和稳定性
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钛酸钡和钛酸铋
钛酸钡（BaTiO3）和钛酸铋（Bi2TiO5）都是常见的铁电材料，它们在电子陶瓷、PTC热敏电阻、电容器等领域有着广泛的应用。
这两种材料都具有铁电性和压电性，但它们的性能和应用有所差异。
1. 钛酸钡（BaTiO3）：
- 铁电性能：钛酸钡是一种典型的铁电材料，具有良好的介电性能和铁电性能。
- 应用：由于其优异的介电性能，钛酸钡被广泛应用于多层陶瓷电容器（MLCCs）、热敏电阻、压电陶瓷等领域。
- 稳定性：钛酸钡在高温下的稳定性相对较好，这使得它在高温环境下的应用中具有优势。
2. 钛酸铋（Bi2TiO5）：
- 铁电性能：钛酸铋也是一种铁电材料，但相比钛酸钡，它的铁电性能较低。
- 应用：钛酸铋通常用于制备层状结构材料，如复合氧化物，这些材料在高温环境下的电性能更为稳定。
- 稳定性：钛酸铋在高温下的稳定性较差，因此在高温应用中可能需要与其他材料结合使用。
钛酸钡和钛酸铋都是重要的铁电材料，它们在电子元器件和陶瓷材料中扮演着重要角色。
(Ba,Sr)TiO3半导化陶瓷PTC效应的改善
(Ba,Sr)TiO 3半导化陶瓷PTC 效应的改善1李小燕1, 曲远方1，高晶21天津大学先进陶瓷与加工技术教育部重点实验室，天津 (300072)2领先大都克（天津）电触头制造有限公司，天津(300111)E-mail: sophia145@摘 要：烧结温度、受主掺杂以及液相添加剂都会改变(Ba,Sr)TiO 3陶瓷的PTC 效应。
结合微观结构的变化和理论研究进展，讨论了这三种因素对PTC 效应的影响。
结果表明，低的烧结温度不利于低的室温电阻率和高的升阻比。
高的烧结温度有利于获得高升阻比。
MnO 2含量的增加和BN 的添加，分别从提高有效受主态密度和改善微观结构两方面改善了PTC 效应。
MnO 2的量由0.04mol.%增加到0.05mol.%，同时添加2mol.%的BN ，在保持室温电阻率几乎不变的情况下，升阻比提高了2.5个数量级，阻温系数从4.0 %/ o C 增加到13.8 %/ o C 。
关键词：(Ba,Sr)TiO 3陶瓷，PTC 效应，微观结构中图法分类号：TQ1741 引 言自施主掺杂BaTiO 3陶瓷的正温度系数(Positive temperature coefficient, PTC)效应被发现以来，经过半个世纪的研究，对PTC 效应的理解逐步深化。
一般认为PTC 效应是一种晶界效应[1]，与半导化、铁电相变及界面受主态有关，且缺一不可[2]。
针对界面态的主要内容如受主杂质(3d 元素)、氧吸附、钡空位也进行了广泛的研究，但至今为止没有一种界面态可以解释所有的实验现象[3]。
对3d 元素的研究主要集中在Mn 上，因为Mn 具有最深的受主能级，对PTC 效应的增强最为显著。
最具有代表性的解释建立在其晶界偏析上[4]。
另外BN 作为一种烧结助剂，在低温烧结方面得到广泛的研究。
据报道BN 有助于提高表面态密度，强化PTC 效应[5, 6, 7]。
根据上述结论，本实验通过调节MnO 2含量以及添加BN 来提高(Ba,Sr)TiO 3 材料的PTC 效应。
钛酸钡BaTiO3压电陶瓷纤维及其复合材料
钛酸钡BaTiO3压电陶瓷纤维及其复合材料钛酸钡铁电陶瓷是以钛酸钡及其固溶体为主晶相的陶瓷。
属钛钙矿型结构。
在温度高于120℃时为立方顺电相，温度在5～120℃时为四方铁电相，-80～5℃时为正交铁电相。
低于-80℃时为三方铁电相。
具有高介电性、压电性。
采用固相烧结法制取。
为陶瓷电容器的主要材料。
广泛用作铁电陶瓷器件和正温度系数热敏电阻材料。
特点：化学式为BaTiO3，属ABO3钙钛矿型结构。
在温度高于120℃时，BaTiO3为立方顺电相；温度在5~120℃时，为四方铁电相；温度在-80~5℃时，为正交铁电相；当温度低于-80℃为三方铁电相。
应用：由于钛酸钡具有高介电性，一直是陶瓷电容器的最主要材料。
另外，它经极化后具有压电性，因此可用于制作压电器件。
由于钛酸钡是具有氧八面体结构的有代表性的铁电体，多年来一直被作为典型的铁电陶瓷得到广泛研究与应用。
通过施主掺杂制成的钛酸钡半导体陶瓷，是正温度系数热敏电阻的基本材料.性能：铁电陶瓷的主要特性为：(1)在一定温度范围内存在自发极化，当高于某一居里温度时，自发极化消失，铁电相变为顺电相；(2)存在电畴；(3)发生极化状态改变时，其介电常数-温度特性发生显著变化，出现峰值，并服从Curie-Weiss定律；(4)极化强度随外加电场强度而变化，形成电滞回线；(5)介电常数随外加电场呈非线性变化；(6)在电场作用下产生电致伸缩或电致应变.钛酸钡BaTiO3压电陶瓷纤维及其复合材料BaTiO3/piezoelectric ceramics Fiber复合材料，描述：采用溶胶-凝胶法制备钛酸钡溶胶和粉末,并分别采用连续纺丝技术和粉末-溶胶混合挤出技术制备钛酸钡压电陶瓷纤维,系统研究钛酸钡纤维的结构和性能.17)掺杂钛酸钡的有机金属卤化物钙钛矿CaO 41.24%|TiO2 58.76%薄膜材料掺杂BaTiO3的有机金属卤化物Perovskite薄膜材料，Sn型有机金属卤化物钙钛矿薄膜描述：采用掺杂的方法把钛酸钡材料加入到钙钛矿材料当中,使其均匀的分散到钙钛矿溶液当中,然后采用旋涂的方法在介孔二氧化钛薄膜上旋涂含有钛酸钡的钙钛矿层,作为太阳能电池的光吸收层材料.18)钛酸钡界面修饰层的钙钛矿材料阴极界面修饰层改善平面p-i-n型钙钛矿，有机/无机杂化金属卤化物钙钛矿半导体材料描述：采用PCBM/C_(60)/LiF三层阴极界面修饰层(Cathode buffer layers,简称CBLs)来实现高性能的平面p-i-n型钙钛矿太阳能电池,所制备的器件结构为:ITO/PEDOT:PSS/CH_3NH_3PbI_3-x Clx/CBLs/Al。
PTC钛酸钡陶瓷
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图9 掺Bi样品室温电阻率的变化
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表4 烧结温度对PTC陶瓷材料性能的影响
烧结温 度/ ℃
保温时 间t/min
室温阻 值R25 /Ω
升阻比 Rmax/Rmin
α(10/25) /％· -1 ℃
变色 坯片均 变为深 蓝色
成瓷 成瓷好,坯片 表面光滑， 无气泡
1 2 3 4 5 6
10.20% 8.75% 10.85% 15.80% 10.90% 12.74%
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图2 样品的TEM照片
图3 样品的XRD图谱
a—pure BaTiO3 b—doped BaTiO3
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表2 烧结温度对PTC陶瓷材料性能的影响
T/ ℃ t/min R25 /Ω Rmax/Rmin α(10/25)/ %· -1 ℃
图1 电阻-温度曲线 Fig.1 Resistance-temperature curves
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PTC热敏电阻的主要用途
电阻—温度特性 （R-T特性） 温度补偿元件 温度传感器 电压—电流特性 (V-I特性) 定温发热体 电流—时间特性 (I-T特性) 冰箱马达启动元件 过电流保护器
延迟器
热风发热体
消磁电阻
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探索不同稀土元素和烧结制度 对钛酸钡PTC陶瓷的影响，改善钛酸 钡陶瓷的电性能。包括以下几个方 面 ：
降低室温电阻率 (Bi，Bi/Nb，La/Nb掺 杂) 提高升阻比与电阻温度系数 (Mn元素) 选择合理的烧结工艺（烧结温度，保温 时间，升降温速率）
R25 /Ω 80.12 36.74 60.41 114.0 228.2