● 摘要
传统的压电陶瓷含有大量的铅，在使用和废弃会给环境带来污染，人们越来越需要一种环境友好材料来代替它。模板晶粒生长（templated grain growth ，TGG）工艺，是一种在陶瓷制备前预先加入具有某种取向的的微晶模板，使陶瓷晶粒沿着某个方向定向生长，进而得到陶瓷织构的方法。晶粒定向生长可以大幅度提高无铅压电陶瓷的压电性能。(Na0.5Bi0.5)TiO3（简称NBT）是一类钙钛矿结构的无铅压电陶瓷，对它进行Ba2＋掺杂改性的材料0.94(Na0.5Bi0.5)TiO3－0.06BaTiO3（简称BNBT-6），室温处于三方－四方准同型相界，压电性在此体系中最好。本研究目的就是这种材料的晶粒定向生长机理。本文模拟了TGG工艺的晶粒定向生长过程，用大片的(001)取向的SrTiO3单晶作为模板，将BNBT-6浆料流延在SrTiO3，通过不同的热处理工艺，研究晶粒的生长习性，初步讨论了定向晶粒的生长机理。研究发现，BNBT-6合成温度在850℃－950℃之间，保温时间在2小时以上的条件下合成了钙钛矿结构的BNBT-6主晶相。最佳的合成工艺为：温度900℃，保温2小时。在1050℃至1200℃烧结温度之间，1150℃条件下合成的BNBT陶瓷致密度最大。在保持1150℃温度条件下，陶瓷的致密度随保温时间延长先上升，在10小时达到最大，然后下降。这是因为陶瓷晶粒从长大，到晶粒完全饱满均匀，陶瓷达到最大致密度，温度过高，或者保温时间延长，晶粒二次长大导致致密度下降。通过TGG工艺获得了定向生长的BNBT-6晶粒，在1150℃下，随着保温时间延长，柱状晶粒的长度增加，当保温时间超过15小时候后，晶粒生长变缓慢。XRD和生长层厚度的分析表明，在模板表面形成定向形核后，通过小的粉体颗粒溶解传质沉积在定向晶粒上而长大，生长速率随着驱动力减小而变慢。