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钛酸锶复合功能陶瓷的传统制备工艺比较繁琐且制备周期较长,例如,由于粉料的成型需要加入有机粘结剂,所以成型后的需要先排胶,再者就是还原烧结过程一般需要较高的温度(1380-1450℃)和采用N2和H2来制造还原气氛,存在安全隐患,对设备的要求较高。
本实验尝试采用较简单的制备工艺,采用一次配料法,同时加入施主掺杂、受主掺杂及烧结助剂,在粉料的研磨上选择在球磨机中直接进行干磨代替传统的湿磨,无需再进行粉料干燥,并在不加入有机粘结剂的情况下,利用单冲压片机将粉料干压成型,成型好的试样无需空气中高温排胶。利用低真空制造还原烧结气氛,避免了通氢气带来的安全性问题,并尝试用烧结助剂LiCO3、Al2O3和SiO2来降低材料的烧结温度,以达到低温下制备出SrTiO3复合功能陶瓷的目的。经过多次实验尝试,确定选择SiO2作为烧结助剂,Nb2O5作为施主掺杂,MnCO3作为受主掺杂,采用真空还原烧结和空气中氧化热处理的工艺,可以在1200℃下制备出性能优良的压敏-电容复合功能陶瓷元件,样品的电阻率p>105Ω·cm,压敏电压V1mA<50V,非线性系数α接近10,介电常数ε>104,介电损耗tanδ可以控制在10%以下,漏电流可以控制在50μA以下。实验的最后探讨了添加不同受主掺杂剂对材料介电性能及微观结构的影响,对比可知,MnCO3可作为较理想的受主掺杂剂。