Basic microstructural, mechanical, electrical and optical characterisation of BaTiAl₆O₁₂ ceramics

• Daniel Drdlik ^[1] ; Vojtech Marak ^[1] ; Robert Klement ^[3] ; Pavel Tofel ^[1] ; Katarina Drdlikova ^[1] ; Hynek Hadraba ^[2] ; Zdenek Chlup ^[2]
  1. [1] Brno University of Technology

     Brno University of Technology

     Chequia

     
  2. [2] Institute of Physics of Materials

     Institute of Physics of Materials

     Chequia

     
  3. [3] FunGlass, Alexander Dubcek University of Trencin, Slovak Republic

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• Localización: Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio, ISSN 0366-3175, Vol. 63, Nº. 5, 2024, págs. 368-376
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Caracterización microestructural, mecánica, eléctrica y óptica básica de cerámicas BaTiAl₆O₁₂
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• Resumen
  • español

    En los compuestos de partículas o capas progresivas basados en una combinación de BaTiO₃ y Al₂O₃, que sirven, por ejemplo, como capacitadores cerámicos, se forman fases nuevas durante el tratamiento térmico. La dominante es BaTiAl₆O₁₂. Este estudio proporciona información sobre las propiedades microestructurales, mecánicas y ópticas del cerámico BaTiAl₆O₁₂. Se monitorizó la evolución de las fases durante la síntesis por reacción en estado sólido de BaTiAl₆O₁₂. Las muestras totalmente densas preparadas mediante spark plasma sintering exhibieron una dureza Vickers por indentación y un módulo elástico por indentación entre 10,1-13,7 GPa y 132,0-187,0 GPa, respectivamente, dependiendo de la fuerza de carga aplicada. Los ensayos de flexión en tres puntos de las muestras de BaTiAl₆O₁₂ dieron como resultado una resistencia a la flexión de 129,9 MPa y una tenacidad a la fractura de 1,8 MPa m1/2. La muestra presentó una emisión azul de banda ancha bajo excitación UV debido a la transición de transferencia de carga del Ti⁴+ y sitios defectuosos. El BaTiAl₆O₁₂ mostró una baja permitividad (ɛ′) = 16 y una pérdida dieléctrica (tan δ) < 0,0003 a una frecuencia de 1 kHz.

  • English

    In progressive particle or layered composites based on a combination of BaTiO₃ and Al₂O₃, serving as e.g. ceramic harvesters, new phases are formed during heat treatment. The dominant one is BaTiAl₆O₁₂. This study provides information about the microstructural, mechanical and optical properties of the BaTiAl₆O₁₂ ceramics. The evolution of the phases during the solid-state reaction synthesis of BaTiAl₆O₁₂ was monitored. The fully dense samples prepared by spark plasma sintering had indentation Vickers hardness and indentation elastic modulus within ranges of 10.1–13.7 GPa and 132.0–187.0 GPa, depending on loading force. The three-point bending tests of the BaTiAl₆O₁₂ samples resulted in flexural strength of 129.9 MPa and fracture toughness of 1.8 MPam1/2. The sample showed blue broad-band emission under UV excitation due to the charge-transfer transition of the Ti⁴+ and defect sites. The BaTiAl₆O₁₂ low permittivity (ε ) = 16 and dielectric loss (tan δ ) <0.0003 at a frequency 1 kHz.