CuTa2O6摻雜Ba(Zn1/3Ta2/3)O3基微波陶瓷燒結(jié)動(dòng)力學(xué)及微波性能

王偉江，蔣少文，程立金，劉紹軍

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CuTa2O6摻雜Ba(Zn1/3Ta2/3)O3基微波陶瓷燒結(jié)動(dòng)力學(xué)及微波性能

王偉江，蔣少文，程立金，劉紹軍

(中南大學(xué)粉末冶金研究院，長(zhǎng)沙410083)

結(jié)合燒結(jié)動(dòng)力學(xué)模型和微觀形貌觀察，研究未摻雜和摻雜CuTa2O6的Ba(Zn1/3Ta2/3)O3陶瓷在1 270~1 520 ℃溫度范圍內(nèi)的致密化過程和燒結(jié)動(dòng)力學(xué)機(jī)理。結(jié)果表明：在1 150 ℃以上燒結(jié)，隨溫度升高，Ba(Zn1/3Ta2/3)O3的燒結(jié)機(jī)制從體積擴(kuò)散向晶界擴(kuò)散轉(zhuǎn)變。摻雜0.25% CuTa2O6可顯著加快Ba(Zn1/3Ta2/3)O3陶瓷的燒結(jié)致密化過程，在顯著降低燒結(jié)溫度的同時(shí)，可大幅縮短燒結(jié)時(shí)間并有效地促進(jìn)B位的有序化。摻雜Ba(Zn1/3Ta2/3)O3陶瓷在1370℃燒結(jié)12h即可獲得>96%的相對(duì)密度，在1 370 ℃燒結(jié)12 h后的介電常數(shù)(r)和品質(zhì)因數(shù)(·)分別約為29.4和985 35；相比較，未摻雜Ba(Zn1/3Ta2/3)O3在1 520 ℃燒結(jié)12 h的r和·分別只有27.4和68 147。摻雜Ba(Zn1/3Ta2/3)O3陶瓷經(jīng)1 520 ℃燒結(jié)48 h的r和·分別約為28.2和103 131。

微波陶瓷；非等溫?zé)Y(jié)；燒結(jié)動(dòng)力學(xué)；CuTa2O6；摻雜；Ba(Zn1/3Ta2/3)O3

作為應(yīng)用于微波通信技術(shù)的一種關(guān)鍵電子陶瓷材料，微波陶瓷已廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星通信、雷達(dá)和移動(dòng)通信中的濾波器和諧振器等微波元部件[1?2]。移動(dòng)通訊的迅猛發(fā)展使得微波陶瓷成為材料學(xué)和凝聚態(tài)物理學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。應(yīng)用于微波通信的微波陶瓷要求其具備相對(duì)高的介電常數(shù)、極低的介電損耗和近零的諧振頻率溫度系數(shù)。已發(fā)現(xiàn)一系列具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的具有優(yōu)良微波性能的微波陶瓷[3?6]。然而，目前只有極 少數(shù)的材料能夠滿足苛刻的商業(yè)應(yīng)用技術(shù)要求。除用于900 MHz通信基站的ZrTiO3和CaTiO3-NdAlO3基微波介電陶瓷外，Ba(Zn1/3Ta2/3)O3(BZT)微波材料是目前唯一能在2G或更高頻率獲得商業(yè)應(yīng)用的微波介電陶瓷，但高的燒結(jié)條件嚴(yán)重地限制了其廣泛使用。另一方面，長(zhǎng)久以來就已認(rèn)識(shí)到Ba(B′1/3B″2/3)O3結(jié)構(gòu)微波陶瓷的B位有序化能夠顯著地影響陶瓷的介電損耗。例如，DAVIES等[7]結(jié)合高分辨電子顯微鏡、XRD 和材料性能測(cè)試，發(fā)現(xiàn)鋯摻雜BZT陶瓷微波性能的顯著提高是由于Zn-Ta原子在[111]方向上的有序化。通過添加Ba3W2O9和調(diào)節(jié)Ba(Zn1/3Nb2/3)O3中的Ba，Zn，Nb等原子的成分比例，Ba(Zn1/3Nb2/3)O3基陶瓷微波性能也能夠獲得顯著提高[8]。NEWMAN[9]等進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)低溫條件下(4.2 K)的含過渡金屬微波陶瓷的介電損耗強(qiáng)烈地依賴于外在磁場(chǎng)。這表明過渡金屬摻雜微波陶瓷中的高頻介電損耗機(jī)理與非過渡金屬摻雜微波陶瓷中的高頻介電損耗機(jī)理有顯著不同。Ni 摻雜BZT 陶瓷的介電損耗是由于過渡金屬中非配對(duì)d 電子在孤立原子(輕摻雜)或交換耦合過渡金屬簇(中度到高摻雜)中的共振自旋激發(fā)[10]。需要指出的是，BZT陶瓷的微波性能對(duì)過程工藝參數(shù)、晶體結(jié)構(gòu)、雜質(zhì)摻雜、元素化學(xué)計(jì)量比、微觀結(jié)構(gòu)、微觀晶體缺陷、孔隙度等非常敏感[11?14]。而其高的燒結(jié)溫度和長(zhǎng)的燒結(jié)時(shí)間導(dǎo)致的Zn元素?fù)]發(fā)也使得結(jié)構(gòu)和性能相互作用關(guān)系的研究更為復(fù)雜。摻加適量的氧化物或者低熔點(diǎn)的燒結(jié)助劑、化學(xué)合成法的超細(xì)粉末等方法能夠加快BZT陶瓷的原子傳輸過程，進(jìn)而提高其燒結(jié)性能和減少燒結(jié)時(shí)間。此外，燒結(jié)性能也能夠通過改變陶瓷的化學(xué)計(jì)量比獲得提高。YANG等[15]在制備(Na1/2K1/2)NbO3時(shí)添加少量CuTa2O6(CT) 作燒結(jié)助劑，發(fā)現(xiàn)CT的加入能夠改善(Na1/2K1/2)NbO3陶瓷的性能。本研究以CuTa2O6作為燒結(jié)助劑，在BZT陶瓷燒結(jié)動(dòng)力學(xué)研究基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地研究CT對(duì)BZT陶瓷燒結(jié)動(dòng)力學(xué)及其結(jié)構(gòu)和微波性能的影響。研究結(jié)果不僅能夠用來指導(dǎo)BZT陶瓷燒結(jié)工藝參數(shù)的優(yōu)化，而且能夠通過微觀結(jié)構(gòu)的調(diào)控來提高其微波性能。

1 實(shí)驗(yàn)

采用傳統(tǒng)固相反應(yīng)法，使用化學(xué)分析純BaCO3、ZnO、Ta2O5等粉末合成BZT和CT粉末。按照化學(xué)計(jì)量比稱量后的粉末裝入行星式球磨機(jī)(南大儀器QM? 3SP4)的球磨罐，以乙醇和氧化鋯球?yàn)榻橘|(zhì)和磨球，在300 r/min轉(zhuǎn)速下球磨20h并干燥后，粉末重新以500 r/min的轉(zhuǎn)速干磨10 h。隨后，粉末在箱式馬弗爐中以100 ℃/h升溫至1 350 ℃并保溫10 h。BaCO3，ZnO，Ta2O5等粉末通過固相反應(yīng)得到BZT粉末。相比較，CT的合成則沒有經(jīng)過干磨過程，其固相反應(yīng)的溫度為900 ℃，反應(yīng)時(shí)間為5 h。CT摻雜量分別為0，0.1%，0.25%，0.5%，0.75%和1%。分別以0CT-BZT，0.10CT- BZT，0.25CT-BZT，0.50CT-BZT，0.75CT-BZT和1.00 CT-BZT來表示0，0.1%，0.25%，0.5%，0.75%和1% CT添加量的樣品。

陶瓷粉末在單向手動(dòng)壓力成形機(jī)中壓制成尺寸分別為6 mm×8mm和10 mm×4.5 mm的柱狀樣品，壓制壓力約10 MPa，保壓3 min。采用體積法粗測(cè)兩種壓坯的相對(duì)密度均約為60%。燒結(jié)在箱式爐(合肥科晶KSL-1700X-A2)中完成。在空氣氣氛下，以1 ℃/min升溫到400 ℃后保溫90 min以排除壓坯中的成形劑。之后，以5 ℃/min的速度分別升溫到1270，1370， 1470和1520 ℃。在各個(gè)溫度下保溫12，24，36和48 h后，隨爐冷卻。用阿基米德排水法測(cè)量陶瓷樣品的密度。在熱膨脹儀中將樣品分別升溫到1100，1150，1175，1200 ℃并保溫3 h測(cè)量壓坯收縮率隨與保溫時(shí)間的關(guān)系，升溫到1550 ℃測(cè)量壓坯收縮率與燒結(jié)溫度的關(guān)系。

采用X線衍射儀(日本理學(xué)Ultima Ⅳ型)表征BZT和CT粉末及燒結(jié)后陶瓷樣品晶體結(jié)構(gòu)。連續(xù)掃描模式的測(cè)試角度范圍為10°到90°(2)，步長(zhǎng)為0.02，速度為2 (°)/min。采用場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(Nova NanoSEM230型)觀察在1 250 ℃熱腐蝕30 min的燒結(jié)BZT陶瓷的微觀形貌。

樣品在PNAL矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(Agilent N5230A型)上測(cè)試介電性能。由樣品基體估計(jì)介電常數(shù)，根據(jù)樣品尺寸以及諧振情況得出其介電常數(shù)、諧振頻率和品質(zhì)因數(shù)。在恒溫箱中以不同溫度條件下測(cè)試樣品的諧振頻率而計(jì)算諧振頻率溫度系數(shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 密度和燒結(jié)性能分析

圖1所示為純BZT和摻雜不同含量CT的BZT陶瓷生坯分別在1 270，1 370，1 470和1 520 ℃保溫?zé)Y(jié)12~48 h的相對(duì)密度隨時(shí)間變化關(guān)系。由圖1可知，在以上燒結(jié)條件下，少量CT摻雜能夠有效地促進(jìn)BZT陶瓷的燒結(jié)致密化過程并提高樣品密度。隨燒結(jié)溫度升高，摻雜CT的BZT陶瓷樣品達(dá)到最大相對(duì)密度所需的燒結(jié)時(shí)間變短。然而，繼續(xù)延長(zhǎng)保溫時(shí)間將降低其密度。另一方面，在1520 ℃燒結(jié)溫度下，0.25CT- BZT的相對(duì)密度最大。相比較，在1270℃燒結(jié)時(shí)，1.00CT-BZT的相對(duì)密度最大。以上結(jié)果表明CT摻雜能夠有效地提高BZT陶瓷的燒結(jié)性能。除了CT本身具有較低熔點(diǎn)外，CT摻雜導(dǎo)致的晶格缺陷，例如氧空位等點(diǎn)缺陷的出現(xiàn)能夠提高燒結(jié)過程中的原子擴(kuò)散。TOCHI[16]觀察到，BaTa2O6摻雜能夠有效地提高Ba(Mg1/3Ta2/3)O3的燒結(jié)性能。需要指出的是，CT摻雜將會(huì)導(dǎo)致A位Ba含量的相對(duì)減少及化學(xué)計(jì)量比的偏離。

圖1 不同燒結(jié)溫度下燒結(jié)樣品相對(duì)密度與保溫時(shí)間的關(guān)系

2.2 燒結(jié)機(jī)制分析

圖2所示為純BZT和摻雜不同含量CT的BZT陶瓷生坯以5 ℃/min的速度升溫到1 550 ℃的致密化速率與溫度的關(guān)系曲線。致密化速率(d(d)，為樣品密度，為時(shí)間)表示樣品密度變化量隨時(shí)間變化的關(guān)系。在較快的升溫速率下，樣品燒結(jié)收縮時(shí)，徑向收縮極小，為方便比較，忽略徑向收縮，采用高度方向的線收縮率近似為體收縮率。由圖2可知，BZT陶瓷生坯在升溫過程中，生坯尺寸隨溫度升高，先略微膨脹后收縮。隨溫度升高，樣品尺寸收縮速度先加快后變緩，在900 ℃以下各生坯均未產(chǎn)生明顯的致密化。0CT-BZT陶瓷的致密化速度隨溫度升高逐漸增加。在1000 ℃到1200 ℃階段，CT摻雜量較多的3個(gè)生坯致密化速率均出現(xiàn)一個(gè)較小的峰值，且峰值的大小隨CT摻雜量增加而增大。隨溫度升高，在1400 ℃處出現(xiàn)第2個(gè)明顯的致密化速率峰。其中，0.25CT- BZT生坯的峰值較小，摻雜0.50CT-BZT峰值最大。相比較，具有更高摻雜量的兩個(gè)生坯的致密化速率則介于兩者之間。這可能是由于具有更高摻雜量的BZT生坯在1200 ℃時(shí)已發(fā)生較明顯的致密化。摻雜CT生坯的致密化速率在1450到1500 ℃時(shí)再次出現(xiàn)較小的峰值，且其峰值大小隨CT摻雜量增加而增大。

圖2 不同CT摻雜量的BZT樣品的致密化速率與溫度之間的關(guān)系

在各種貢獻(xiàn)于樣品收縮的燒結(jié)機(jī)制中，假定晶界和體擴(kuò)散為其主導(dǎo)作用的條件下，Bannister提出以下公式[17]：

式中：Δ/0為樣品收縮長(zhǎng)度和初始長(zhǎng)度的比值；為時(shí)間；為熱力學(xué)溫度；0為只與材料本身和燒結(jié)機(jī)制有關(guān)的常數(shù)。結(jié)合ZHANG等[18]研究可知，公式(1)同樣適用于粘性流動(dòng)。粘性流動(dòng)，體積擴(kuò)散和晶界擴(kuò)散居主導(dǎo)時(shí)的指數(shù)分別等于0，1和2[19]。因此，在對(duì)等溫?zé)Y(jié)樣品熱膨脹過程的尺寸變化來計(jì)算值的基礎(chǔ)上，可以討論燒結(jié)機(jī)制隨燒結(jié)條件的變化情況。由公式變形得到在等溫?zé)Y(jié)條件下的公式如下所示：

對(duì)等式兩邊求自然對(duì)數(shù)，上式進(jìn)一步變?yōu)椋?/p>

式(3)顯示在等溫加熱條件下，ln與lnd/0之間的線性斜率大小為(+1)。分析生坯在1 100 ℃和1 300 ℃保溫時(shí)的收縮過程數(shù)據(jù)，得出其在不同溫度保溫時(shí)的ln?ln(dL/L0)斜率大小并確定其值，進(jìn)而得知其燒結(jié)機(jī)制。

圖3為0.25CT-BZT陶瓷在1100 ℃到1200 ℃保溫的ln?ln(d/0)曲線。由圖3可知，在等溫?zé)Y(jié)下，BZT陶瓷燒結(jié)過程的值從1 100 ℃開始逐漸增大。在1 100 ℃保溫12.5 min，值為~0，此時(shí)開始出現(xiàn)粘性流動(dòng)，隨保溫時(shí)間延長(zhǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)轶w積擴(kuò)散和晶界擴(kuò)散。在本實(shí)驗(yàn)的各個(gè)測(cè)試溫度下，值均發(fā)生隨保溫時(shí)間延長(zhǎng)而增大的現(xiàn)象。在1150 ℃保溫，值約為0.5，這表明粘性流動(dòng)和體積擴(kuò)散2種機(jī)制同時(shí)存在。1175 ℃保溫，ln=0時(shí)，值約為1.1，體積擴(kuò)散機(jī)制起主導(dǎo)作用。相比較，在1200 ℃保溫為~2，此時(shí)晶界擴(kuò)散在樣品的致密化過程中占據(jù)主導(dǎo)地位。

圖3 0.25CT-BZT陶瓷在1100 ℃到1200 ℃保溫的lnt?ln(dL/L0)曲線

2.3 XRD圖譜分析

圖4(a)為0CT-BZT，0.25CT-BZT和0.50CT-BZT三種樣品的XRD譜。圖4(b)則進(jìn)一步放大對(duì)應(yīng)樣品在2=15°到40°之間的XRD譜。在可探測(cè)范圍內(nèi)，所測(cè)試樣品的XRD圖譜中均未觀察到CT的XRD譜。這表明CT已固溶于BZT陶瓷的基體內(nèi)。與此相對(duì)應(yīng)，BZT陶瓷的晶胞體積隨CT摻雜量的增加而變小。例如，0CT-BZT，0.25CT-BZT和0.50CT-BZT陶瓷的晶胞體積分別為205.92?3、205.58?3和205.54?3。這個(gè)結(jié)果與Cu2+的離子半徑(0.87?)小于Zn2+(0.885?)的離子半徑一致。

在鈣鈦礦結(jié)構(gòu)微波陶瓷中，具有A(B′1/3B″2/3)O3化學(xué)式的陶瓷由于在B位存在兩種原子。如果B位原子按照特定順序排列即為有序，反之則是無序。而B位有序排列的程度，即有序度的大小主要受B位兩種原子的尺寸差異以及化學(xué)價(jià)差異影響。兩者差異越大，則有序度越高[20]。除了材料本征屬性影響之外，有序度還受到固相反應(yīng)前原材料純度、添加物含量[21]、樣品制備工序和后期熱處理等的影響[22]。大量研究已表明Ba(B′1/3B″2/3)O3結(jié)構(gòu)微波陶瓷的B位有序化能夠顯著地影響微波陶瓷的介電損耗[4,7]。而從圖4(b)可清楚地觀察到，隨CT摻雜量增加，2=18°和36°處的峰強(qiáng)均出現(xiàn)不同程度的變大。這顯示CT摻雜能夠?qū)е翨ZT陶瓷中B位有序度增大，這與Cu進(jìn)入基體后導(dǎo)致的B位原子尺寸差異增加有關(guān)。如上所述，B位原子半徑差異越大，則有序度越高。

2.4 微觀形貌分析

在上述燒結(jié)動(dòng)力學(xué)研究基礎(chǔ)上，分別選取4種BZT陶瓷在1 400 ℃燒結(jié)后進(jìn)行掃描電子顯微鏡微觀形貌分析。圖5所示為4種BZT陶瓷生坯以5 ℃/min升溫到1 400 ℃后直接爐冷后樣品的斷面SME像。如圖5 (a)所示，純BZT陶瓷樣品中的顆粒并未出現(xiàn)明顯的粘接和燒結(jié)現(xiàn)象。圖6所示為0CT-BZT，0.10CT- BZT，0.25CT-BZT和0.50CT-BZT 4種BZT陶瓷生坯以5 ℃/min升溫到1400 ℃保溫1 h后爐冷的樣品斷面掃描電子顯微鏡照片。與純BZT樣品相比，圖6 (b)~(d)顯示摻雜有CT的BZT陶瓷粉末顆粒之間已開始互相粘接并發(fā)生連接。這與圖2中摻雜有CT的樣品在1 400 ℃處出現(xiàn)燒結(jié)速度急劇增加相一致。圖6中所有樣品在1 400 ℃燒結(jié)1 h后，均出現(xiàn)不同程度的致密化現(xiàn)象及明顯的晶界。用軟件Nano Measurer測(cè)量樣品的晶粒大小，4種樣品的平均晶粒大小分別約為0.51，0.54，0.49和0.46 μm。這表明，在1400 ℃保溫1 h的燒結(jié)條件下，盡管摻雜CT能在一定程度上抑制燒結(jié)過程中的原子傳輸過程和晶粒大小，但并不會(huì)顯著地影響B(tài)ZT陶瓷樣品的晶粒尺寸。

圖4 0CT-BZT、0.25CT-BZT、0.50CT-BZT陶瓷的XRD譜和相應(yīng)樣品在2θ=15°到40°之間的XRD譜

圖5 升溫至1 400 ℃后直接爐冷的BZT陶瓷斷面SEM像

圖6 BZT陶瓷在1 400 ℃保溫1 h的SEM像

2.5 微波介電性能檢測(cè)

由于BZT陶瓷的介電常數(shù)和共振頻率溫度系數(shù)對(duì)CT摻雜并不敏感，本研究重點(diǎn)討論CT摻雜對(duì)BZT陶瓷品質(zhì)因數(shù)的影響。其中，所測(cè)量樣品的介電常數(shù)均位于28到30之間，而共振頻率溫度系數(shù)則在±5×10?6/℃之間。圖7所示為0CT-BZT，0.25CT-BZT和0.50CT-BZT三種BZT陶瓷的品質(zhì)因數(shù)(?)隨燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間的變化關(guān)系圖，表明BZT陶瓷的品質(zhì)因數(shù)對(duì)燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間等均非常敏感。在相同的燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間條件下，摻雜0.25% CT能夠較為顯著地改善BZT陶瓷的品質(zhì)因數(shù)。相比較，摻雜0.5% CT在一定程度上將減少陶瓷的品質(zhì)因數(shù)。

既然高孔隙度的微波陶瓷通常具有相對(duì)更低的品質(zhì)因數(shù)，燒結(jié)溫度的降低導(dǎo)致的樣品品質(zhì)因數(shù)顯著降低是與較低的燒結(jié)溫度不能使樣品的成分致密化直接相關(guān)。另一方面，DAVIES等[20]的研究顯示鋯摻雜BZT陶瓷微波性能的顯著提高是由于Zn-Ta原子在[111]方向上的有序化。圖4(a)顯示摻雜CT之后BZT陶瓷的B位有序度均不同程度增加。需要指出的是，BZT陶瓷的微波性能對(duì)過程工藝參數(shù)、晶體結(jié)構(gòu)、雜質(zhì)摻雜、元素化學(xué)計(jì)量比、微觀結(jié)構(gòu)、微觀晶體缺陷、空隙度等非常敏感。而其高的燒結(jié)溫度和長(zhǎng)的燒結(jié)時(shí)間導(dǎo)致的Zn元素?fù)]發(fā)也使得結(jié)構(gòu)和性能相互作用關(guān)系的研究更為復(fù)雜。有幾種方法能夠加快BZT陶瓷的原子傳輸過程，進(jìn)而提高其燒結(jié)性能和降低燒結(jié)時(shí)間。例如，摻加適量的氧化物或者低熔點(diǎn)的燒結(jié)助劑、化學(xué)合成法的超細(xì)粉末等。此外，燒結(jié)性能也能夠通過改變陶瓷的化學(xué)計(jì)量比獲得提高。

圖7 品質(zhì)因數(shù)Q·f與燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間的關(guān)系

然而，隨 CT添加量、燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間的改變，BZT陶瓷的品質(zhì)因素會(huì)出現(xiàn)較大差異。如圖7所示，BZT陶瓷的品質(zhì)因數(shù)對(duì)燒結(jié)溫度非常敏感，溫度降低造成品質(zhì)明顯下降。但添加CT之后，在1 520 ℃燒結(jié)，保溫時(shí)間對(duì)樣品的品質(zhì)因數(shù)影響極小，而同等情況下的未摻雜BZT陶瓷受保溫時(shí)間影響很大。

3 結(jié)論

1) 在BZT陶瓷中摻雜CT能顯著加快燒結(jié)致密化，并導(dǎo)致一定程度的晶粒細(xì)化。在1150 ℃以上燒結(jié)，隨溫度升高，其致密化機(jī)制從粘性流動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)轶w積擴(kuò)散再轉(zhuǎn)變?yōu)榫Ы鐢U(kuò)散。

2) 0.25%CT的摻雜可顯著加快BZT燒結(jié)致密化過程。在降低燒結(jié)溫度的同時(shí)，能大幅縮短燒結(jié)時(shí)間并有效促進(jìn)Zn-Ta原子在[111]方向上的有序化。

3) 摻CT的BZT陶瓷在1 370 ℃燒結(jié)12 h的相對(duì)密度可達(dá)96%，其微波性能與未摻雜BZT在1520 ℃燒結(jié)48 h的樣品相當(dāng)。r約為29.4，·約為98535。相比較，純BZT在1520 ℃燒結(jié)48 h的r和·分別約為28.2和103131。

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(編輯 高海燕)

Sintering kinetics and microwave properties of CuTa2O6doped Ba(Zn1/3Ta2/3)O3ceramics

WANG Weijiang, JIANG Shaowen, CHENG Lijin, LIU Shaojun

(Research Institute of Powder Metallurgy, Central South University, Changsha 410083, China)

Combined with classical sintering model and morphology evolution, the sintering kinetics of undoped and CuTa2O6doped Ba(Zn1/3Ta2/3)O3ceramics in a temperature range of 1270?1520 ℃ were studied using a nonisothermal method. The results show that, when the sintering temperature is over 1150 ℃, the sintering mechanism of Ba(Zn1/3Ta2/3)O3changes from the bulk diffusion to the grain boundary diffusion. In addition to the enhancement of B-site ordering, 0.25% CuTa2O6doping can significantly accelerate the densification process of Ba(Zn1/3Ta2/3)O3ceramics and effectively reduce the sintering temperature and holding time. CuTa2O6doped Ba(Zn1/3Ta2/3)O3ceramicscan obtain more than 96% relative sintering density when being sintered at 1370 ℃ for 12 h. The dielectric constant (r) and quality factor (·) of 0.25% CuTa2O6doped Ba(Zn1/3Ta2/3)O3are about 29.4 and 98 535, respectively. In contrast,rand·of undoped Ba(Zn1/3Ta2/3)O3sintered at 1520 ℃ for 12 h are 27.4 and 68147, respectively. Furthermore, those of CuTa2O6-doped Ba(Zn1/3Ta2/3)O3can increase to 28.2 and 103131 after being sintered at 1520 ℃ for 48 h, respectively.

microwave ceramic; nonisothermal method; sintering kinetics; CuTa2O6; dope; Ba(Zn1/3Ta2/3)O3

TM22

A

1673?0224(2016)03?353?08

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51302150, 51172053)；深圳市基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目(JCY201110100)；粉末冶金國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金

2015?04?24；

2015?09?10

劉紹軍，教授，博士。電話：0731-88876135；E-mail: liumatthew@csu.edu.cn