Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio (Sep 2024)
Basic microstructural, mechanical, electrical and optical characterisation of BaTiAl6O12 ceramics
Abstract
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 the 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 MPa m1/2. The sample showed blue broad-band emission under UV excitation due to the charge-transfer transition of the Ti4+ and defect sites. The BaTiAl6O12 evinced low permittivity (ɛ′) = 16 and dielectric loss (tan δ) <0.0003 at a frequency 1 kHz. Resumen: 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.
