与暴露烧结相比，埋藏烧结法会严重降低 (Ba0.85Ca0.15)(Zr0.1Ti0.9)O3 (BCZT) 陶瓷的压电性能。标准烧结依靠高温来致密化材料，而将样品埋在致密的 BCZT 粉末中会创造一个缺氧环境，从根本上改变材料的缺陷化学性质，导致极化和压电能力下降。
核心要点 埋藏烧结会阻碍氧化，人为地增加了陶瓷中氧空位的浓度。这会导致“硬化”效应，稳定材料，但会直接导致压电系数 ($d_{33}$) 和极化强度显著下降。
埋藏烧结的机理
限制大气相互作用
在埋藏烧结法中，BCZT 样品完全嵌入致密的 BCZT 粉末中。
这种物理屏障将样品与炉内环境气氛隔离开来。
抑制氧化
这种隔离的主要后果是抑制了氧化过程。
与材料可以自由与空气相互作用的暴露烧结不同，埋藏样品在高热阶段缺乏维持理想化学计量所必需的氧气。
对缺陷化学的影响
氧空位增加
由于抑制了氧化过程，陶瓷的化学平衡发生了变化。
这种环境会促进晶格中氧空位浓度的增加。
缺陷的后果
这些空位并非无害；它们会作为缺陷，改变材料对电场的响应方式。
高浓度的氧空位是埋藏样品中观察到的性能变化的根本原因。
性能结果：“硬化”效应
压电系数 ($d_{33}$) 降低
埋藏法对 BCZT 最关键的缺点是压电系数 ($d_{33}$) 显著降低。
对于需要高灵敏度或强机电耦合的应用，埋藏烧结是有害的。
极化强度降低
氧空位可能会钉扎畴壁，限制其移动。
这种限制表现为极化强度降低，与暴露烧结的样品相比，材料对外部电场的响应能力降低。
材料硬化
氧空位增加和畴壁迁移率降低的结合导致“材料硬化”。
虽然“硬”铁电体可能损耗较低，但在这种特定情况下，硬化是以牺牲材料的主要功能特性（压电性）为代价的。
理解权衡
动力学与化学
标准烧结需要 1300°C 至 1500°C 的温度，以确保适当的晶粒生长和孔隙消除。
然而，即使炉子提供了完美的动力学条件和温度均匀性，化学气氛也决定了最终的性能。
隔离的代价
埋藏烧结可能看起来是一种保护措施，但它引入了化学缺陷。
通过阻止材料“呼吸”（氧化），您牺牲了潜在的表面保护，换来了功能性能的显著损失。
根据您的目标做出正确的选择
基于氧空位对 BCZT 性能的影响，以下是您应如何处理烧结策略的方法：
- 如果您的主要关注点是最大化压电性 ($d_{33}$)：避免埋藏烧结；使用暴露烧结以确保完全氧化并最大限度地减少氧空位。
- 如果您的主要关注点是材料硬化：可以使用埋藏烧结来故意引入氧空位，但您必须接受极化降低的权衡。
为了在 BCZT 陶瓷中实现最佳压电性能，您必须优先考虑富氧烧结环境，而不是粉末包埋提供的隔离。
总结表：
| 特性 | 暴露烧结（推荐） | 埋藏烧结（有缺陷） |
|---|---|---|
| 氧气可及性 | 高（开放气氛） | 低（抑制氧化） |
| 氧空位 | 低（理想化学计量） | 高（易产生缺陷） |
| $d_{33}$ 系数 | 卓越（高灵敏度） | 显著降低 |
| 极化 | 高强度 | 降低（畴壁钉扎） |
| 材料状态 | 优化功能特性 | “硬化”（性能降低） |
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参考文献
- Zihe Li, Chris Bowen. Porous Structure Enhances the Longitudinal Piezoelectric Coefficient and Electromechanical Coupling Coefficient of Lead‐Free (Ba<sub>0.85</sub>Ca<sub>0.15</sub>)(Zr<sub>0.1</sub>Ti<sub>0.9</sub>)O<sub>3</sub>. DOI: 10.1002/advs.202406255
本文还参考了以下技术资料 Kintek Furnace 知识库 .
