一、实验原理

1．溶胶一凝胶原理

本实验的溶胶-凝胶制备原理是：在一定的水解温度、速度、pH值等条件下，利用钡和钛的醇盐发生水解、缩合反应生成钛酸钡前驱体。

溶胶-凝胶法的反应温度较低且易于控制，所得粉体纯度高、粒径小、均匀性好、烧结温度低。此法的最大的优点是能够实现多组分均匀掺杂，且无需洗涤，工艺比较简单。

2．陶瓷样品制备工艺过程

（1）成型

粉料的成型目的是为了得到内部均匀和密度高的素坯。成型技术主要有三种，干法压制成型、可塑法成型和悬浮体浆料凝固成型。其中压制成型又可分为两种。第一种为模压，是将一定量的粉料填充在模具内，在一定载荷下压制成型。该成型由于载荷为单向的，也称为单向压制成型。第二种为等静压，此法是通过液体对置于容器内的预成型体施加各向均匀的压力，使坯体压实。

对于干粉料模压，为了增加粉料间粘接性，也可加入少量水。如果颗粒间粘接力不够，可选用黏结剂。常用的黏结剂有糊精、丙烯酸盐、石蜡、阿拉伯胶、聚乙烯醇和甲基纤维素等。本实验中采用聚乙烯醇做黏结剂。

(2）干燥

干燥的目的在于排出水分，提高素坯的强度。坯体在干燥过程中，由于水分的排除，颗粒间彼此靠近，体积发生收缩。
素坯内的水分有三种：一是化学结合水，是坯料组分物质结构的一部分；二是吸附水，是坯料颗粒所构成的毛细管中吸附的水分，吸附水膜厚度相当于几个到十几个水分子，受坯料组成和环境影响；三是游离水，处于坯料颗粒之间，基本符合水的一般物理性质。干燥时，游离水很容易排出。随着周围环境的湿度与温度的不同，吸附水也有部分在干燥过程中被排出。但排出吸附水没有什么实际意义，因为，它很快又从空气中吸收水分达到平衡。结合水要在更高的温度下才能排除，不是在干燥过程所能排除的。

(3）烧结

陶瓷材料的烧结方法也有多种，包括烧结炉的类型及其控制参数等，根据材料对显微结构的要求不同，烧结过程的控制也不相同。

陶瓷坯体在烧结过程中将发生一系列物理、化学变化，由颗粒聚集体变成晶粒结合体，多孔体变为致密体，从而使陶瓷坯体坚固。

影响烧结效果的因素很多，主要是温度及保温时间。升高烧结温度和延长烧结温度下的保温时间，一般都会不同程度地促进烧结完成，完善坯体的显微结构。

二．主要仪器和药品

鼓风电热恒温干燥箱、电阻仪、磁力搅拌器、马弗炉、恒温水浴锅、稀土扩渗炉、粉末压片机、电子天平（万分之一）、模具、烧杯、量筒、容量瓶、pH试纸。

氧化镧、氧化钛、钛酸四丁酯、醋酸钡、正丁醇、聚乙烯醇、乙醇、丙酮、甲酰胺、醋酸。

三、实验内容

1．溶胶-凝胶法制备稀土掺杂BaTI0₃陶瓷

准确称取0.9775 g氧化镧和7.6635 g醋酸钡置于干燥烧杯中，并加入蒸馏水至样品全部溶解。准确称取钛酸四丁酯10.210 8 g置于干燥烧杯中，并加入30 ml正丁醇，置于磁力搅拌器上，然后将上述配好的醋酸钡和氧化镧混合溶液缓慢滴入钛酸四丁酯的正丁醇溶液中，待滴加完成后，用10 ml冰醋酸分三次润洗滴管、玻璃棒和烧杯，润洗液也加入钛酸四丁酯的正丁醇溶液中，再滴加冰醋酸溶液调整体系的pH值为3.5左右，形成溶胶。将所制得的溶胶在室温下放置24 h，形成凝胶。

将所制备的凝胶置于表面皿上，于烘箱中90℃下干燥48 h后取出，用研钵研磨均匀后，置于坩埚中，放入马弗炉，设定马弗炉的升温程序为：300℃保温1 h, 800℃保温2h，自然冷却，便得到BaTiO₃粉体。

称取1g上述所制备的粉体，置于模具中，加入1滴水或质量分数5％聚乙烯醇溶液，利用粉末压片机在4 MPa, 8 MPa,10 MPa下分别保压5 min压片，卸压后将片体取出，置于坩埚中，放入马弗炉，设定马弗炉的升温程序为：100℃保温0.5h,300℃保温1 h, 800℃保温1 h,1150℃保温2h，自然冷却后取出，即得稀土掺杂BaTiO₃陶瓷片。用同样方法（不加氧化镧）可制得纯BaTiO₃陶瓷片。

2．气相扩渗法制备稀土改性BaTiO₃陶瓷

称取20 g LaC1₃.7H₂O。置于小烧杯中，加入甲酰胺溶解，然后转移到500m1容量瓶中，用甲酰胺定溶至刻度，然后将溶液转移到滴液漏斗中待用。将上述所制备的纯BaTiO₃陶瓷和稀土掺杂BaTiO₃陶瓷用不锈钢丝系于扩渗支架上。打开扩渗炉电源开关，同时接通冷凝水，待扩渗炉温度升至920℃后，迅速将扩渗支架放入扩渗炉中。首先向扩渗炉内滴加甲醇以排除炉内空气，同时点燃尾气，待30 min后，将甲醇换为含LaC1₃.7H₂O。的甲酰胺渗液，滴加4h后，关闭扩渗炉电源开关，关闭冷凝水。样品随扩渗炉冷却至室温后取出，便得到稀土扩渗改性的BaTiO₃陶瓷。

3．结构和性能测试

采用日本Hioki公司生产的3541型电阻仪测量样品的电阻，并计算电阻率。采用日本理学株式会社D/max一rB旋转样机X射线衍射仪测试样品的组成和结构。

比较分析经过稀土液相掺杂、气相扩渗，以及先掺杂再扩渗的改性钛酸钡陶瓷在组成、结构和导电性能方面发生的变化。

四、注意事项

①在电阻率测试过程中．要在样品片两侧均匀涂抹导电胶，在200℃下热处理1h固化后进行测试。

②在稀土气相过程中，要注意控制滴加速度，保持尾气火苗稳定。