【摘要】：陶瓷注射成型(ceramic injection molding,CIM)技術(shù)是粉末注射成型(powder injection molding,PIM)技術(shù)的一個分支,是近年來快速發(fā)展的一種新型先進制造技術(shù),得到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注和研究。該技術(shù)是通過加入一定量粘結(jié)劑使原始粉末材料具有一定的流動性及黏度,采用注射成型的方法制成材料制品,是一種近凈尺寸陶瓷可塑成型方法。鈦酸秘鈉——鈦酸鋇(Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3-BaTiO_3,簡稱NBT-BT)無鉛壓電陶瓷體系具有很高的壓電性能及鐵電性能,被認為是最有可能替代如鋯鈦酸鉛(簡稱PZT)這類鉛基陶瓷的無鉛壓電材料,預(yù)計在準同型相界成分即0.94NBT-0.06BT附近,將表現(xiàn)出比鉛基陶瓷更為優(yōu)越的壓電性能。因此,展開0.94NBT-0.06 BT無鉛壓電陶瓷體系的制備工藝研究在基礎(chǔ)理論及應(yīng)用前景方面都具有重要的意義。本論文基于陶瓷注射成型技術(shù),自行研制出一種適用于實驗室的小型注射成型設(shè)備,并完成實驗平臺的搭建。利用Moldflow模流分析軟件進行充模過程的分析,以確定注射充模過程相關(guān)參數(shù)。該設(shè)備目前已申報國家發(fā)明專利(申請?zhí)?201710538628.0)。與此同時,本論文選擇0.94Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3-0.06BaTiO_3為研究體系,首先采用兩步熔鹽法制備出BaTi O_3模板,再分別利用傳統(tǒng)固相燒結(jié)法、BaTiO_3模板引入法、無電場作用下注射成型、外加電場作用下注射成型四種成型工藝制備0.94Na_(0.5)Bi_(0.5)Ti O_3-0.06BaTiO_3體系無鉛壓電陶瓷,并結(jié)合X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、壓電常數(shù)測試、介電常數(shù)測試、密度計算等手段對其進行微觀形貌、物相組成與性能的分析。得到如下結(jié)論:(1)采用兩步熔鹽法制備BaTiO_3模板,以NaCl為熔鹽,熔鹽與反應(yīng)物的質(zhì)量比為1:1,研究燒結(jié)溫度與BaTiO_3微晶形貌及尺寸之間的關(guān)系。分析結(jié)果表明,合成溫度的升高有利于片狀晶粒的生長,但不會改變生成物的物相結(jié)構(gòu);在高于1050℃的溫度下進行合成反應(yīng),生成物的微觀形貌有明顯改變,會生成棒狀晶粒;合成片狀BaTi O_3較為理想的工藝條件為:以NaCl為熔鹽,熔鹽與反應(yīng)物的質(zhì)量比為1:1,合成溫度為1050℃,保溫時間3h。(2)與傳統(tǒng)固相燒結(jié)法相比,BaTi O_3模板引入法制備出的陶瓷晶粒均勻且尺寸較大,晶粒間隙較小,陶瓷的致密度提高;兩種制備工藝均形成三方相、四方相共存的準同型相界,但采用BaTiO_3模板引入法制備的樣品,其雙峰衍射強度及峰寬優(yōu)于傳統(tǒng)固相燒結(jié)法所制得樣品;XRD圖譜示出兩種制備工藝所制得樣品均存在少量BaTiO_3,且在生成產(chǎn)物中測得原始粉料的存在,應(yīng)考慮反應(yīng)是否充分完全;BaTiO_3模板引入法制備的陶瓷樣品壓電常數(shù)高于傳統(tǒng)固相法;傳統(tǒng)固相燒結(jié)法制得樣品的d_(33)最大值為103p C/N,介電常數(shù)為1050;BaTiO_3模板引入法制備的樣品d_(33)最大值為126pC/N,介電常數(shù)為1283。(3)外加電場作用下注射成型制備的0.94Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3-0.06BaTiO_3陶瓷與無電場作用注射成型制備的樣品相比,陶瓷的微觀晶粒有所長大,氣孔減小,陶瓷的致密度提高。無電場作用注射制備所得樣品的d_(33)最大值為101p C/N,介電常數(shù)為1029;外加電場作用下注射制備的樣品d_(33)最大值為141p C/N;介電常數(shù)為1436。(4)無電場作用下注射成型制備的0.94Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3-0.06BaTiO_3陶瓷,壓電性能與傳統(tǒng)固相燒結(jié)法相比無較大變化,但低于采用BaTi O_3模板引入法制備的陶瓷;外加電場作用下注射制備的陶瓷樣品壓電性能最優(yōu),但粘結(jié)劑不能完全排除,影響陶瓷晶粒的微觀形貌。
【圖文】：

一定量的粘結(jié)劑，使原始粉末材料具有一定的流動性及黏度，然后采用注制成材料制品，是一種近凈尺寸陶瓷可塑成型方法[58]。傳統(tǒng)的陶瓷成型工藝相比較，CIM 工藝具有原材料利用率高、可進行批量，，并且由于充模過程為流動充模，生坯的密度更為均勻，燒結(jié)后的產(chǎn)品性在一定程度上改善了傳統(tǒng)干壓成型制備的樣品在密度、組織方面存在的不animirovi[61]等用陶瓷注射成型方法制備了鋯鈦酸鉛（PZT）和鈦酸鋇（BT） CIM 樣品進行表征，結(jié)果表明所獲得的性能令人滿意，并于文獻報道中發(fā)證了陶瓷注射成型制備具有良好介電性能和壓電性能的壓電陶瓷是可行的建芹[62]等采用陶瓷注射成型技術(shù)制備 PZT 陶瓷陣列，經(jīng)脫脂、燒結(jié)、灌注工得到 1-3 壓電復(fù)合材料，結(jié)果表明采用陶瓷注射成型工藝制備的壓電復(fù)性能與傳統(tǒng)壓電材料相當(dāng)。瓷注射成型方法 1-1 示出 CIM 的工藝過程。陶瓷粉體 + 粘結(jié)劑 注射成型喂料

表 2-1 加工制造所使用的機床設(shè)備Table 2-1 Machine tool equipments used in manufacturing機床名稱 型號 生產(chǎn)數(shù)控線切割機床 DK77 系列 Model 泰州長德機械式升降臺銑床 XK5032C 南通縱橫國際普通車床 C6132A 廣州機是陶瓷注射成型設(shè)備的重要組成部分，主要由料筒、柱塞、底板等部分組成。實驗實際情況考慮，設(shè)計的料筒長度為 100mm，內(nèi)徑 10mm卡槽的寬度均為 20mm，深度為 3mm，兩個卡槽的間距為 A 型車床加工制造出的料筒如圖 2-2 所示。
【學(xué)位授予單位】：陜西科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ174.62

【參考文獻】

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本文編號：2709969