功能材料专业实验-全.pdf

《功能材料专业实验-全.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、压电功能陶瓷综合实验1.1锆钛酸铅镧（PLZT）粉体的制备一、实验目的1．用氧化物原料经固相反应制备出PLZT粗料，再经球磨工艺制备出符合一定粒度要求的锆钛酸铅（PLZT）粉体。2．通过实验了解固相反应和PLZT压电陶瓷粉体的制备工艺。3．了解粉磨方法之一──球磨法及球磨过程中球直径的选择。二、基本原理实验中选用的陶瓷组成为PLZT[Pb1-1.5xLax(Zr0.58Ti0.42)1-1.25yNbyO3,x=0.06，y=0.02]。将氧化铅、氧化镧、二氧化钛、氧化铌和二氧化锆原料按反应化学方

2、程式中所需的配比混匀，压成粗料块。再经由高温固相反应制备出PLZT粗料。预烧后的PLZT粗料经球磨工艺制备成直径在1-10µm的粉体。1．配料计算氧化铅、二氧化钛和二氧化锆三种氧化物高温下的反应方程式为：(1-1.5x)Pb3O4+xLa2O3+0.58ZrO2+0.42TiO2+yNb2O5==Pb1-1.5xLax(Zr0.58Ti0.42)1-1.25yNbyO3MPb3O4MLa2O3MZrO2MTiO2MNb2O5Mceramic根据反应的化学方程式，要制备出W(g)的Pb1-1.5xL

3、ax(Zr0.58Ti0.42)1-1.25yNbyO3需要Pb3O4、La2O3、ZrO2、TiO2、Nb2O5的质量分别为：(1−1.5x)×M×WPb3O4MPbO=（1）343×Mceramic1.5x×M×WLa2O3MLaO=(2)232×Mceramic(1−1.25y)×0.58×M×WZrO2MZrO=（3）2Mceraimc(1−1.25y)×0.42×M×WTiO2MTiO=（4）2Mceramicy×M×WNb2O5MNbO=(5)25Mceramic2．固相反应固相反应一

4、般指固体与固体间发生化学反应生成新的固体产物的过程。反应历程如下：反应一开始是反应物颗粒之间的混合接触，并在表面发生化学反应形成细薄且含大量结构缺陷的新相，随后发生产物新相的结构调整和晶体生长；当在两反应颗粒间所形成的产物层达到一定厚度后，进一步的反应将依赖于一种或几种反应物通过产物层的扩散而得以进行。因此控制固相反应速度的不仅限于化学反应本身，反应新相晶格缺陷调整速率、晶粒生长速率以及反应体系中物质和能量的输送速率都将影响反应速度。对于合成PLZT的预烧过程一般需经过四个阶段：线性膨胀（室温～4

5、00℃）、固相反应（400～750℃）、收缩（750～850℃）和晶粒生长（800～900℃以上）。在固相反应过程中，反应可分为四个区域，分别对应于如下的化学过程：区域Ⅰ：未反应区域Ⅱ：Pb3O4＋TiO2→PbTiO3区域Ⅲ：PbTiO3＋Pb3O4＋ZrO2→Pb(Zr1-xTix)O3区域Ⅳ：Pb(Zr1-xTix)O3系统的反应区域＋PbTiO3→Pb(Zr1-x’Tix’)O3(x

6、域Ⅲ，TiO2消失，Pb(Zr,Ti)O3形成；在710℃左右，进入区域Ⅳ，Pb3O4和ZrO2消失；到1200℃，PbTiO3消失，成为单相的Pb(Zr,Ti)O3。此三种氧化物中Pb3O4的熔点最低（830℃左右），且在高温下易挥发。3．粉磨原理粉碎过程机理到现在为止还是一个极为复杂的问题。一般情况，一块单一的固体，受打击粉碎后，将产生较少的大粒子和较多的小粒子，若继续加大打击能量，大粒子将变成较多数量的小粒子，小粒子数量将大大增加，而粒度不再变小。这是因为大块固体内部有脆弱面，受力后先沿脆弱

7、面碎裂。当粒度小时，脆弱面减少，最后小粒子趋近于构成晶体的单元块，所以受力不碎裂，仅表面受切削变为一定粒径的微粒。可见小粒子的粒径由物料性质决定，大粒子与粉碎过程有关。球磨机对物料的粉磨正是对小粒子的粉碎过程。研磨体对小粒子粉碎变细作用甚微，而使小粒子再变细，切削、研磨作用明显。用球磨机对物料进行粉磨，就是多利用切削、研磨尽量减少冲击粉碎所消耗的能量。三、主要实验仪器与材料1．主要实验仪器（1）电热恒温干燥箱1台（2）电子天平1台（3）玛瑙研钵1套（4）769YP-24B粉末压片机1台（5）箱式电

8、阻炉1台（6）行星球磨机1台2．材料（1）化学纯二氧化钛（2）化学纯二氧化锆（3）分析纯红色氧化铅（4）五氧化二铌（4）聚乙烯醇（PVA）四、实验步骤原料烘干将所需原料放入电热恒温干燥箱中，在120-150℃下烘干2小时以上。配料本实验要制备W＝50（g）粉体，通过式（1）、到（5）计算所需药品的量。用电子天平分别称取烘干过的二氧化钛、二氧化锆、红色氧化铅等，放入玛瑙研钵中，研磨混合均匀。在通风柜中过筛两便。（也可以将筛子连同粉料一起装入一只较大的塑料袋中，在塑料袋中过筛。这样可以