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论文在提出纳米/亚微米钛酸钡陶瓷的三步高温高压法的烧结工艺的基础上,系统研究了铁电陶瓷的显微结构、晶体结构、铁电性能和它们在高压下晶体结构变化的尺寸效应,具体研究内容如下:
探讨了用独特的三步高温高压法烧结纳米/亚微米钛酸钡陶瓷的工艺。研究发现高压能增加素坯的密度,压碎纳米粉体中的团聚体,增加烧结的致密驱动力和抑制晶粒的长大。用三步高温高压法烧结得到了系列尺寸的致密的纳米/亚微米钛酸钡陶瓷,特别是得到了晶粒尺寸均匀的30nm钛酸钡铁电陶瓷。
利用变温XRD和Raman光谱研究了纳米/亚微米钛酸钡陶瓷的晶体结构随温度的变化。研究表明高温高压烧结得到的纳米/亚微米钛酸钡陶瓷具有与体材料相同的从低温三方相到正交相到四方相最后到高温立方相的连续相变:晶粒尺寸的减小使居里温度向低温移动,而四方相向正交相转变的温度向高温移动。实验结果表明,室温下,在30nm钛酸钡陶瓷中发现有与体材料完全不同的四方相和正交相共存现象。研究了纳米/亚微米钛酸钡陶瓷的铁电性能,实验结果表明随着晶粒尺寸的减小,钛酸钡陶瓷的介电常数、自发极化都降低。30nm钛酸钡陶瓷仍然保持铁电性,说明钛酸钡陶瓷的铁电相转变为顺电相的临界尺寸小于30nm。介电转变的温度也表明,晶粒尺寸的减小使居里温度向低温移动,而四方相向正交相转变的温度向高温移动。
利用同步辐射实验研究了纳米/亚微米钛酸钡陶瓷在室温高压下晶体结构的变化。实验结果表明在常压到51GPa左右的压力范围内,随着压力的增加,纳米/亚微米钛酸钡陶瓷都存在由压力导致的从四方(铁电)相到立方(顺电)相的转变。相变压力和体弹模量都随晶粒尺寸的减小而升高。