·898· 工程科学学报，第39卷，第6期 陶瓷，烧结中出现了明显的晶粒生长，并且伴有异常晶 Ba。Ti,0o可以作为{111}孪晶的形核位点，而 粒长大.添加了，0，后，晶粒生长受到一定抑制，但 {111}李晶则可作异常晶粒长大的低能量形核位点， 是依然有相当数量的异常长大晶粒.而AL,O,-Si0,掺 从而导致异常长大晶粒的增多.AL,0,在BaTiO,中的 杂和AL,0,-Si0-Z0掺杂的样品，晶粒生长受到明显 固溶度是相当有限的，过量的AL,0,会和Ba。Ti,0o以 抑制，同时异常晶粒长大现象消失，含Z0的样品表 及BaTiO,.反应生成Ba4 TioAL,0,,反应式如下： 面还出现了明显的液相烧结痕迹，经统计，这两个样品 6Bas Tin70+8BaTiO,+11Al2O11Ba TinAl2O27. 的平均晶粒尺寸约为120nm.随参杂的不同，异常晶 (3) 粒长大出现和消失的原因如下： BaA山20，和Ba,Tito Al,0与Ba,Ti,0o不同，无法作 Al,O,BaTiO,BaAl,O+TiOz. (1) 为{111}李晶的形核位点[)，因此AL,0,对异常晶粒长 过量的Ti0,会与BaTi0,发生作用： 大有双向作用.Ba,Ti。AL,O,的出现，则标志着异常晶 11Ti02+6BaTi0g→Ba。Ti,0o (2) 粒长大开始受到抑制. 50 nm 20 nm 图1A山203(a)及A山，0，-Si02(b)包覆的BT粉体的透射电子显微镜照片 Fig.1 TEM images of Al2O3 (a)and Al2O-Si02(b)coated BT particles 500nm 500nm (e) d 500nm 500nm 图2烧结后陶瓷样品的表面形貌.(a)BT:(b)A山203掺杂：(c)A203-Si02掺杂：(d)A20,-Si02-Z0掺杂 Fig.2 Morphology of surfaces of ceramic samples:(a)BT;(b)Al2O doped;(c)Al2O3-Si02 doped;(d)Al2O-SiOz-ZnO doped 从图3给出的陶瓷样品的X射线衍射图谱，结合 的加人，第二相的峰明显减弱，这与扫描电镜照片中液 式(1)~(2)，可知样品出现异常晶粒长大是因为 相烧结的痕迹相吻合.因为液相烧结会形成无定形态 AL,0,与BaTi0,发生反应导致的.AL,0,-Si0,掺杂的样 的第二相，无定形态的物质不具有尖锐的特征峰.同 品，出现明显的Ba,Ti。AL,02,峰，{111}孪晶难以形成， 时，烧结中产生的液相覆在粉体表面，也会影响传质和 因此异常晶粒长大基本消除.Z0则是为了进一步提 晶界迁移，抑制晶粒长大 升陶瓷致密度，作为烧结助剂加入陶瓷的，随着Z0工程科学学报,第 39 卷,第 6 期 陶瓷,烧结中出现了明显的晶粒生长,并且伴有异常晶 粒长大. 添加了 Al 2O3后,晶粒生长受到一定抑制,但 是依然有相当数量的异常长大晶粒. 而 Al 2O3 鄄鄄 SiO2掺 杂和 Al 2O3 鄄鄄 SiO2 鄄鄄ZnO 掺杂的样品,晶粒生长受到明显 抑制,同时异常晶粒长大现象消失,含 ZnO 的样品表 面还出现了明显的液相烧结痕迹,经统计,这两个样品 的平均晶粒尺寸约为 120 nm. 随掺杂的不同,异常晶 粒长大出现和消失的原因如下: Al 2O3 + BaTiO3寅BaAl 2O4 + TiO2 . (1) 过量的 TiO2会与 BaTiO3发生作用: 11TiO2 + 6BaTiO3寅Ba6 Ti 17O40 . (2) Ba6 Ti 17 O40 可以作为{111} 孪晶的形核位点,而 {111}孪晶则可作异常晶粒长大的低能量形核位点, 从而导致异常长大晶粒的增多. Al 2O3在 BaTiO3 中的 固溶度是相当有限的,过量的 Al 2O3会和 Ba6 Ti 17O40以 及 BaTiO3反应生成 Ba4 Ti 10Al 2O27 ,反应式如下: 6Ba6 Ti 17O40 + 8BaTiO3 + 11Al 2O3寅11Ba4 Ti 10Al 2O27 . (3) BaAl 2O4和 Ba4Ti 10Al 2O27与 Ba6Ti 17O40不同,无法作 为{111}孪晶的形核位点[13] ,因此 Al 2O3对异常晶粒长 大有双向作用. Ba4 Ti 10Al 2O27的出现,则标志着异常晶 粒长大开始受到抑制. 图 1 Al2O3 (a)及 Al2O3 鄄鄄 SiO2 (b)包覆的 BT 粉体的透射电子显微镜照片 Fig. 1 TEM images of Al2O3 (a) and Al2O3 鄄鄄 SiO2 (b) coated BT particles 图 2 烧结后陶瓷样品的表面形貌 郾 (a)BT;(b)Al2O3掺杂;(c)Al2O3 鄄鄄 SiO2掺杂;(d)Al2O3 鄄鄄 SiO2 鄄鄄ZnO 掺杂 Fig. 2 Morphology of surfaces of ceramic samples: (a) BT; (b) Al2O3 doped; (c) Al2O3 鄄鄄 SiO2 doped; (d) Al2O3 鄄鄄 SiO2 鄄鄄ZnO doped 从图 3 给出的陶瓷样品的 X 射线衍射图谱,结合 式(1 ) ~ (2 ),可知样品出现异常晶粒长大是因为 Al 2O3与 BaTiO3发生反应导致的. Al 2O3 鄄鄄 SiO2掺杂的样 品,出现明显的 Ba4Ti 10Al 2O27峰,{111}孪晶难以形成, 因此异常晶粒长大基本消除. ZnO 则是为了进一步提 升陶瓷致密度,作为烧结助剂加入陶瓷的,随着 ZnO 的加入,第二相的峰明显减弱,这与扫描电镜照片中液 相烧结的痕迹相吻合. 因为液相烧结会形成无定形态 的第二相,无定形态的物质不具有尖锐的特征峰. 同 时,烧结中产生的液相覆在粉体表面,也会影响传质和 晶界迁移,抑制晶粒长大. ·898·