激光快速凝固法制备功能陶瓷材料研究.pdf

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1、Athesis(dissertation)submittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofDoctorStudyofFunctionalCeramicsSynthesizedbyLaserRapidSolidificationMethodBy：JunjiZhangSupervisor：MingjuChaoOpticsSchoolofPhysicalScienceandEngineeringJune，2012学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师

2、的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者：掘霞岔日期：劢／陟∥月辆学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有

3、关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文懈撇丧日期：训肛年∥肜日摘要功能陶瓷材料学是现代材料科学与工程中极具活力和应用潜力的分支之一，其研究主要集中在功能陶瓷的组成、结构、性能和制备四个方面。功能陶瓷的制备技术对所制材料的结构和性能极具影响，因而在功能陶瓷材料研究中占据重要地位。在众多制备方法中，激光烧结技术是一种新颖的制备技术，具有烧

4、结时间短、效率高、可有效降低样品污染等优点。激光快速凝固(Laserrapidsolidification，LRs)技术是激光烧结技术的一种，近几年已初步应用于制备性能优良的功能陶瓷，但该技术目前仍处于探索阶段。BaTi205(BT2)是一种介稳相，其铁电性能仅仅表现在其b轴方向，且常规技术手段难以制得同时具备高纯度和b轴择优取向的BT2块体材料；BaTi409(BT4)是一种微波介质陶瓷，常规方法难以制得具有高介电常数的BT4；SrBi2Nb209(SBN)具有独特的层状结构，其物理性能具有明显的各向异性

5、，常规方法制备的织构SBN不具备b轴择优取向。鉴于上述原因，结合激光快速凝固技术的特点，本文选取BT2、BT4和SBN为研究对象，采用激光快速凝固技术制备三种功能陶瓷，对这三种功能陶瓷材料的制备工艺、组成、结构、性能进行系统研究，并对激光快速凝固技术的机理特点进行分析，为推广该技术应用于功能陶瓷生产中积累实验经验和奠定一定的理论基础。论文采用LRS技术，成功制得高纯的BT2、BT4和SBN织构陶瓷，并对制得的目标材料进行介电性能研究。主要研究成果如下：制得的BT2铁电陶瓷具有b轴择优取向，拥有较高的致密度(

6、97．5％)，较高的择优取向度(0．42)，具有较高的居里相变温度(443*C)，在100kHz下，其最大介电常数(￡一)为6000，居里-夕f、斯温度(To)为410℃，居里-夕f、斯常数(C)为2．08×105K；制得的BT4微波介质陶瓷具有c轴择优取向，同样拥有较高的致密度(99．6％)，较高的择优取向度(0．46)，在1MHz下，C轴方向上的介电常数(￡)为85，介电损耗(tan6)为0．083，介电常数温度系数(k)为1．96×10q／℃，相比于传统固相反应烧结法制得的BT4，￡值提高约120％；

7、制得的SBN铁电陶瓷具有b轴择优取向，亦具有较高的致密度(99．6％)，较高的择优取向度(O．78)，其相变温度Tm为317．4℃，相变具有一定的弥散性，弥散因子(丫)为1．31。通过采用LRS技术对三种目标材料的制备，发现三者均具备织构化的结构，摘要其织构方向均沿各自结点密度最小网面的法线方向生长；三者均具有层片状的微观结构，该层片垂直于样品表面以及平行于激光束入射方向。目标材料产生沿该方向产生织构的根本原因由其内秉特性决定，根据布拉维法则，晶体在生长时，其晶粒优先沿结点密度最小网面的法线方向生长，这是B

8、T2、BT4和SBN分别在b、c和b轴方向上产生择优取向的根本原因。宏观上，晶体生长的方向即熔体的凝固方向，沿着逆温度梯度方向，即由样品表面指向样品内部，垂直于样品表面。当凝固完成时，晶体的生长亦随之结束，最终形成具有层片状微观结构的多晶的织构化块体陶瓷材料。研究过程中亦发现，通过控制样品凝固过程中其内部的温度梯度方向，可以适当地提高样品的择优取向度。研究同时亦发现，LRS技术是一种高效的合成高纯度陶瓷材料的方法