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钛酸镁(MgTiO3)和钇铝石榴石(Y3Al5O12,YAG)是重要的功能陶瓷材料,在电工、激光、雷达等高技术领域有着重要的应用。然而,制备 MgTiO3和 YAG需要在高温条件下(1600℃)长时间烧结,这不但会浪费能耗,而且对其物理化学性能有不利影响。因此,研究在相对低的温度下烧结制备出 MgTiO3和 YAG陶瓷具有重要的实际意义。为实现 MgTiO3和 YAG陶瓷的低温烧结,本文首先采用高分子网络凝胶法制备出了MgTiO3和YAG粉体,然后探讨了在电场辅助下的烧结行为。主要研究结论如下: 以Ti(SO4)2、Mg(NO3)2、丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵为原料,采用高分子网络凝胶法制备出了 MgTiO3纳米粉体。研究了水的含量、丙烯酰胺的含量、Mg/Ti摩尔比、煅烧温度对对产的影响,并通过XRD、SEM、TG-DSC等检测手段对粉体进行了分析和表征。实验结果表明,粉体的粒径随丙烯酰胺含量的增加而减小;前驱体溶液中Mg/Ti摩尔比大于1,c(AM)>2 mol/L时,干凝胶质地均匀,无孔洞结构,其表面无盐颗粒析出,制得的粉体分散性良好;当煅烧温度达到800℃时,可得到结晶度良好、纯相的MgTiO3粉体,平均粒径为61 nm。MgTiO3素坯在电场辅助烧结过程中,当施加在样品上的电场强度不变时,随着烧结温度逐渐增大,电流密度在某一温度处突然增大,样品急剧收缩;当电场强度分别为500 V/cm、600 V/cm、700 V/cm和800 V/cm时,电流发生突变时对应的烧结温度分别为1241℃,1228℃,1154℃和1128℃,即随着电场强度的增大,电流发生突变时对应的温度逐渐降低。研究还发现,随着电场强度的增大,样品上耗散的功率增大,根据焦耳热估算出的样品实际温度也随之增大。相反,随着电场强度的增大,烧结温度和烧结时间却逐渐减小。 以 Y(NO3)3·6H2O、Al(NO3)3·9H2O、丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵为原料,采用高分子网络凝胶法制备出了YAG纳米粉体。用TG-DSC、XRD、TEM分别对干凝胶分解过程、YAG相转变过程以及粉体进行了分析和表征。结果表明,当在632℃以后,凝胶中的有机物完全分解,当煅烧温度为885℃时,YAG相形成;当煅烧温度为900℃,可得到YAG纯相。同时研究发现,丙烯酰胺含量的增加会影响YAG的相转变,降低YAG的相变温度;根据TEM分析,当AM/Al摩尔比为120时,样品分别在900℃、1000℃和1200℃下煅烧并保温2 h,所得到粉体的平均颗粒尺寸分别为35 nm、63 nm、113 nm。YAG素坯在电场辅助烧结过程中,保持样品的电场强度不变,随着烧结温度逐渐增大,电流密度同样会出现剧增的现象;当电场强度分别为500 V/cm、600 V/cm、700 V/cm和800 V/cm时,电流发生突变时对应的烧结温度分别为1356℃,1334℃,1293℃和1242℃,即随着电场强度的增大,电流发生突变时对应的烧结温度逐渐降低;另外,随着电场强度的增大,样品上耗散的电功率(焦耳热)增大,估算出的样品实际温度也随之增大。