钛酸钡陶瓷的切割
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。
压电陶瓷材料钛酸钡的制备实验报告
化学化工学院材料化学专业实验报告实验实验名称：压电陶瓷材料钛酸钡的制备年级:2015级材料化学日期：2017/09/27姓名：汪钰博学号：222015316210016同组人:向泽灵一、预习部分钛酸钡（BaTiO3）是经典的铁电、压电陶瓷材料，由于其具有高的介电常数，良好的铁电、压电、耐压及绝缘性能，主要用于制作高电容电容器、多层基片、各种传感器、半导体材料和敏感元件；在电子陶瓷、化学化工、国防军事、航空航天等诸多领域中有着极为广泛的应用。
随着现代科学技术的飞速发展和电子元件的小型化、高度集成化，需要制备与合成符合发展要求的高质量的钛酸钡基陶瓷粉体。
目前钛酸钡的主要制备方法有固相法，即氧化物固相烧结法；液相法，即溶胶－凝胶法、水热法和共沉淀法等。
由于固相法无法对钛酸钡生产过程中粉体微观结构和性能进行物理、化学方法的有效控制，从8O年代开始，液相法逐渐成为各国普遍重视的方法。
水热法制备的粉体，由于特殊的反应条件，具有粒度小、分布均匀，团聚较少的优点，且其原料便宜，易得到符合化学计量比并具有完整晶形的产物；同时粉体无需高温煅烧处理，避免了晶粒长大、缺陷的形成和杂质的引入，具有较高的烧结活性等。
但这些工作或者合成的BaTiO3为亚稳态的立方相结构而非四方相，无法满足电子元件性能的需要；或者水热所需的温度高，时间长，从而导致设备成本过高；又或者水热合成需要使用有机钛为原料，从而导致生产成本过高。
这些原因导致无法实现四方相BaTiO3纳米粉末水热合成的规模化生产。
同时水热法在粉体中存在杂质，也限制了该法的应用，因此，尚未见该法在工业上应用的报道，基本上处于实验室探索的阶段。
溶胶---凝胶法多采用蒸馏或重结晶技术保证原料的纯度，工艺过程中不引入杂质粒子，所得粉体粒径小、纯度高、粒径分布窄。
但其原料价格昂贵、有机溶剂具有毒性以及高温热处理会使粉体快速团聚，并且其反应周期长，工艺条件不易控制，产量小，难以放大和工业化。
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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钛酸钡陶瓷制备工艺的总结
钛酸钡陶瓷制备工艺的总结摘要：钛酸钡陶瓷作为一种应用广泛的电子陶瓷原料，因其具有较高的介电常数，良好的性能，在制作电容器介质材料和多种压电器件方面有着重要地位。
本文总结了钛酸钡陶瓷制备工艺方法及优缺点，对未来钛酸钡陶瓷制备工艺进行了展望。
关键词：钛酸钡陶瓷、制备工艺、优缺点、展望钛酸钡陶瓷是以钛酸钡或其固溶体为主晶相的陶瓷材料，是目前国内外应用最广泛的电子陶瓷原料之一，由于其具有高的介电常数，良好的铁电、压电、耐压及绝缘性能，主要用于制作高电容电容器、多层基片、各种传感器、半导体材料等[1]。
钛酸钡陶瓷粉体是制备钛酸钡电子陶瓷的基础，制备工艺的不同，往往会影响钛酸钡的微观形貌以及组织结构，进而改变其介电性能、居里温度等性质，因此对钛酸钡陶瓷制备方法的总结十分必要。
近年来，随着科技发展，人们对钛酸钡电子陶瓷材料的要求逐步提升。
为此，本文从钛酸钡陶瓷的制备工艺及其优缺点方面，对钛酸钡陶瓷当前的制备工艺进行了综述和展望。
1.钛酸钡陶瓷制备工艺钛酸钡陶瓷的制备工艺，大致可分为固相法、液相法和气相法三大类，其中将溶胶-凝胶法单独拿出进行总结。
1.1.固相法1.1.1.机械力化学法机械化学合成法是将TiO2和BaCO3粉体经混合球磨，诱导合成BaTiO3粉体，再经造粒压片、固相烧结等制得陶瓷样品的方法，近年来发展迅速。
因其流程简单，合成粉体晶粒的尺寸小、分散较为均匀等优点，成为纳米粉末材料重要的制备方式，但长时间的机械处理，使得能量消耗大，研磨介质磨损易造成物料污染，从而影响产品纯度。
蒲永平等[2]用球磨法合成BaTiO3粉体时发现BaCO3和TiO2在球磨过程中会发生凝聚，且BaCO3是导致凝聚的主要原因，不均匀性导致BaTiO3介电性能恶化，且搅拌磨制得的BaTiO3粉体介电性能比滚筒磨制得的更好。
1.1.2.固相反应法固相法通常是粉末碳酸钡和二氧化钛为主要原料进行混合研磨，经煅烧发生固相反应合成BaTiO3粉体，进而制得钛酸钡陶瓷材料。
钛酸钡陶瓷双面磨抛
用磨料和砂纸对钛酸钡陶瓷两面分别进行研磨抛光钛酸钡陶瓷是以钛酸钡或其固溶体为主晶相的陶瓷。
具有ABO3钙钛矿型结构，是典型的铁电材料，分子式为BaTiO3。
以BaCO3、TiO2为主要原料预先合成后经1280～1400℃烧结而成。
或以化学法制备的高纯超细钛酸钡粉料成型后直接烧成[1]，质地软脆，易于研磨抛光。
钛酸钡陶瓷特点及应用钛酸钡晶体有一般压电材料的共有特性：当它受压力而改变形状的时候，会产生电流，一通电又会改变形状。
现在，几乎所有的超声波仪器中，都要用到钛酸钡。
除此之外，钛酸钡还有许多用途。
例如：铁路工人把它放在铁轨下面，来测量火车通过时候的压力；医生用它制成脉搏记录器。
用钛酸钡做的水底探测器，是锐利的水下眼睛，它不只能够看到鱼群，而且还可以看到水底下的暗礁、冰山和敌人的潜水艇等。
[2]实验样品：直径为33㎜的橘黄色的圆形钛酸钡陶瓷块实验设备：由沈阳科晶自动化设备有限公司制造的UNIPOL-802精密研磨抛光机、MTI-3040加热平台、SKZD-3滴料器及由沈阳科晶自动化设备有限公司销售的4XC-PC倒置金相显微镜UNIPOL-802自动研磨抛光机MTI-3040加热平台SKZD-3滴料器VGT-1620QTD超声波清洗机4XC-PC倒置金相显微镜图1实验用设备图研磨及抛光用品：由沈阳科晶自动化设备有限公司销售的水砂纸、聚氨酯抛光垫、合成革抛光垫、二氧化硅抛光液、铸铁研磨盘、刚玉磨料水磨砂纸合成革抛光垫与聚氨酯抛光垫铸铁研磨盘刚玉磨料金刚石悬浮抛光液图2研磨抛光用品图原始的钛酸钡陶瓷样品如图3所示，是直径为33㎜的钛酸钡陶瓷快。
Φ33㎜图3样品图首先，将钛酸钡陶瓷块状样品和研磨抛光用载样块共同放到MTI-3040加热平台上进行加热，在加热平台上进行加热的样品和载样块如图4所示；待加热平台将载样块的温度加热到可以使石蜡融化后，将石蜡涂抹在载样块上，将钛酸钡陶瓷块样品放到融化的石蜡上面，然后关闭加热平台，移下载样块和样品，待样品冷却到室温后便可对样品进行研磨，粘贴好的样品如图5所示。
压电陶瓷材料钛酸钡的制备实验报告
化学化工学院材料化学专业实验报告实验实验名称：压电陶瓷材料钛酸钡的制备年级:2015级材料化学日期：2017/09/27姓名：汪钰博学号：222015316210016同组人:向泽灵一、预习部分钛酸钡（BaTiO3）是经典的铁电、压电陶瓷材料，由于其具有高的介电常数，良好的铁电、压电、耐压及绝缘性能，主要用于制作高电容电容器、多层基片、各种传感器、半导体材料和敏感元件；在电子陶瓷、化学化工、国防军事、航空航天等诸多领域中有着极为广泛的应用。
随着现代科学技术的飞速发展和电子元件的小型化、高度集成化，需要制备与合成符合发展要求的高质量的钛酸钡基陶瓷粉体。
目前钛酸钡的主要制备方法有固相法，即氧化物固相烧结法；液相法，即溶胶－凝胶法、水热法和共沉淀法等。
由于固相法无法对钛酸钡生产过程中粉体微观结构和性能进行物理、化学方法的有效控制，从8O年代开始，液相法逐渐成为各国普遍重视的方法。
水热法制备的粉体，由于特殊的反应条件，具有粒度小、分布均匀，团聚较少的优点，且其原料便宜，易得到符合化学计量比并具有完整晶形的产物；同时粉体无需高温煅烧处理，避免了晶粒长大、缺陷的形成和杂质的引入，具有较高的烧结活性等。
但这些工作或者合成的BaTiO3为亚稳态的立方相结构而非四方相，无法满足电子元件性能的需要；或者水热所需的温度高，时间长，从而导致设备成本过高；又或者水热合成需要使用有机钛为原料，从而导致生产成本过高。
这些原因导致无法实现四方相BaTiO3纳米粉末水热合成的规模化生产。
同时水热法在粉体中存在杂质，也限制了该法的应用，因此，尚未见该法在工业上应用的报道，基本上处于实验室探索的阶段。
溶胶---凝胶法多采用蒸馏或重结晶技术保证原料的纯度，工艺过程中不引入杂质粒子，所得粉体粒径小、纯度高、粒径分布窄。
但其原料价格昂贵、有机溶剂具有毒性以及高温热处理会使粉体快速团聚，并且其反应周期长，工艺条件不易控制，产量小，难以放大和工业化。
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钛酸钡陶瓷的切割
实验材料：
43×43×15㎜的两种钛酸钡陶瓷块，图1为样品的尺寸及形貌；黑色钛酸钡陶瓷硬度低、质地脆易于切削加工。
钛酸钡陶瓷是以钛酸钡(BaTiO3)或其固溶体为主晶相的陶瓷材料。
主要原料为碳酸钡和二氧化钛。
通常先在1200℃左右合成钛酸钡，再加改性氧化物，所加氧化物不同导致钛酸钡陶瓷物理性质也有所不同，主要体现在陶瓷硬度上，经细磨，成型后在1400℃左右温度下烧结而成。
图1样品的尺寸与形貌
实验目的：
从钛酸钡陶瓷块上切割43×43×0.2㎜厚的试样片。
实验设备：
由沈阳科晶自动化设备有限公司制造的STX-202A 金刚石线切割机、MTI-3040加热平台。
STX-202A 小型金刚石线切割机
MTI-3040加热平台
图2实验所用设备图
设备选用原因：STX-202A 小型金刚石线切割机主要用于脆性材料样品的精密切割。
例如晶体、陶瓷、玻璃、蜂窝陶瓷（汽车尾气处理载体，薄壁，易碎）、金属、塑料、PCB 、岩样、矿样、耐火材料、建筑材料、牙科材料、生物及仿生复合材料等。
尤其适用于切割薄片状的样品，用其进行超薄精密切割时，切得的最薄片厚可以达到0.08mm 。
MTI-3040加热平台采用整体铸造，单片机作为核心控制部件，适用于对熔化温度低于200℃的各种材料（如晶体、半导体、陶瓷等）的加热，加热速度快，升温平稳。
实验耗材：φ
0.42
㎜的金刚石切割线、石蜡、树脂陶瓷垫块
金刚石线石蜡
树脂陶瓷垫块
图3实验所用耗材图实验过程：
在样品进行切割前首先要将样品固定在载样块上，保证切割过程中样品不会发生移动，试样的固定形式如图2所示，最上面为被切割试样，中间为树脂陶瓷垫块（保证样品切割过程中不会切割到载样块），最下面一层为载样块。
通常将三者固定在一起的手段是将样品、树脂陶瓷垫块和载样块一齐放到实验室用来加热样品的加热平台上，加热平台的加热温度不会超过200℃，石蜡的熔化温度大约在80℃。
当试样、树脂陶瓷垫块与载样块的温度达到石蜡融化温度后将石蜡涂在三者表面将要进行连接的位置上，然后将三者按图2所示顺序叠放起来再移到加热平台下进行冷却，当固定好的试样冷却到室温后就可以装载到
STX-202A 金
刚石线切割机上进行切割了。
试样树脂陶瓷垫块
载样块
石蜡层
图2样品、树脂陶瓷垫块、载样块三者固定后的示意图
用STX-202A 切割样品时通常用切割冷却油对样品进行冷却，但由于钛酸钡陶瓷表面有许多细小的凹坑，会融进一定量的切割油，对切割后的样品表面造成一定的污染，因此本实验中不选用切割油对样品进行冷却。
另一种冷却方式是用水对样品进行冷却，水在切割样品的过程中不会对试样造成污染，因此本实验选用水冷却法。
陶瓷类的样品大都硬而脆，因此切割速度不宜过大，通常根据经验对切割速度进行选择，在没有经验做依托的情况下通常先选用较小的切割速度对样品进行切割，然后再一点点的递增，增加切割速度时主要观察金刚石线与样品间的弧度，当所选切割速度使金刚石线与样品间存在较小弧度且随着切割时间的延长弧度不再增加，说明所选切割速度适用于被切样品且切割速度已达最大速度；若金刚石线与样品间保持平行状态，说明所选用的切割速度较小因此还可以适当进行增加；若所选用的切割速度在切割样品时使金刚石线与样品间存在一定弧度且随着切割时间的延长弧度逐
渐增大，说明所选的切割速度过大若继续切割将使金刚石线拉断，因此应适当减小切割速度。
根据经验，本实验中切割速度设置为0.5㎜/min，要切割0.2㎜厚的样品，设置切割厚度时应将金刚石线径的长度加在一起，用公式表示为：切割厚度=样品厚度+金刚石线径。
本实验中用来切割样品的金刚石线径为0.42㎜，所以，切割厚度=0.2+0.42=0.62㎜。
切割深度设置时应比样品的实际深度要大一些以保证样品会被完全切割开来，本实验中切割深度设置为50㎜。
第一次切割后在样品表面切得一个新的面，第二次切割时以第一次切割出的面为基准面再切割一次便得到所要的0.2㎜厚的试样片。
样品在切割过程中的状态如图3所示，水要浇到样品的切割缝隙上，以保证水对金刚石线和样品的冷却效果。
图3切割过程中样品状态图
切割后的样品及其尺寸如图4所示，可见样品表面平整，切割痕迹细小均匀，表面平行度好，切割后的样品厚度为0.202㎜，样品尺寸在±5μm的公差范围内都为为合格样品，可见切割后的样品厚度在合格范围之内且公差很小达到要求。
图4切割后的样品形貌及尺寸图
实验结论：
用STX-202A切割钛酸钡陶瓷，切割尺寸精度高，切割后的样品表面有轻微的切割线痕迹，切割后的样品表面平行度高。