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钛酸铋钾钠基无铅压电陶瓷及其掺杂改性

作　者: 杨庆庆
导　师: 李全禄
学　校: 陕西师范大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 钛酸铋钾钠 烧结温度 介电性能 压电性能
分类号: TM282
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


本文概述了压电晶体与压电效应以及铁电晶体与铁电性,总结了五类无铅压电陶瓷的主要掺杂和结构特点,介绍了压电陶瓷的主要性能参数和压电陶瓷在压电振子和压电换能器两方面的主要应用。讨论了传统固相法制备陶瓷的实验过程和陶瓷的性能测试方法,在此基础上确定了陶瓷的最佳制备条件,并研究了陶瓷的各向性能。本文研究了两组实验。实验一是在BNT基础上,掺杂四方相BKT,合成二元系无铅压电陶瓷Bi0.5(Na1-xKx)0.5TiO3(BNKT),研究了BNKT陶瓷在三分相与四方相共存的准同型相界处的压电与介电性能。实验二是在BNKT的基础上掺杂第三组元LiNbO3,制备了(1-x)Bi0.5(Na0.8K0.2)0.5TiO3-xLiNbO3(简称(1-x)BNKT-xLN)陶瓷,研究了其对陶瓷烧结特性和各向性能的影响。根据化学式Bi0.5(Na1-xKx)0.5TiO3用传统固相法制备纯BNKT陶瓷的烧结条件为：800℃预烧,保温2h、1150℃烧结,保温2h,升温速率2.5℃/h。极化条件为：极化电场4KV/mm,极化温度120℃,极化时间25min。BKT含量对BNKT相结构、微观结构、电性能的影响：(1)XRD结果显示,不同BKT组分点的陶瓷样品均形成单一的钙钛矿结构固溶体,XRD图谱衍射峰稍微向低角度偏移了,表示晶胞体积增大了,在x=0.2时,BNKT陶瓷存在三方相与四方相共存的准同型相界处。(2)SEM测试结果显示,陶瓷晶粒尺寸先变小后增大,表明适量的K+进入到晶格中,提高了陶瓷的致密度和烧结特性。(3)陶瓷的压电常数d33和平面机电耦合系数Kp在准同型相界处达到最大值。相对介电常数ε33T/ε0和机械品质因数Qm,随着BKT含量的增加,分别成线性增大和线性减小。在BNKT陶瓷的基础上,掺杂第三组元LiNbO3,合成了(1-x) Bi0.5(Na0.8K0.2)0.5TiO3-xLiNbO3(简称(1-x) BNKT-xLN)系列陶瓷。通过研究烧结温度对陶瓷的体密度和径向收缩率的影响,确定了该系列陶瓷的最佳烧结温度为11300C,比纯BNKT (1150℃)陶瓷的烧结温度降低了,说明LiNbO3的引入对该系列陶瓷起到了助烧的作用。LiNbO3掺杂对BNKT陶瓷各项性能的影响总结如下：(1)适量的LiNbO3掺杂,对该系列陶瓷样品均形成了单一的钙钛矿型固溶体结构,过量的LiNbO3掺杂,陶瓷的XRD图谱衍射峰出现了杂峰。(2)随LiNbO3含量的增加,陶瓷的晶粒尺寸逐渐变大。(3)压电常数d33和平面机电耦合系数Kp在x=0.01处达到最大值,相对介电常数ε33/T/ε0和介质损耗tan δ随着LiNbO3含量的增加,几乎以相同的趋势急剧增大。

全文目录


摘要  3-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-21
  1.1 压电晶体和压电效应  9-10
  1.2 铁电晶体与铁电性  10-12
  1.3 无铅压电陶瓷的种类及结构特点  12-16
  1.4 压电陶瓷性能参数及其应用  16-18
  1.5 压电陶瓷的应用  18-19
  1.6 本论文研究内容  19-21
第2章 固相法制备BNKT基无铅压电陶瓷及其性能测试方法  21-31
  2.1 BNKT简介  21-22
  2.2 本论文实验所用原料和仪器设备  22
  2.3 样品制备工艺  22-26
  2.4 BNKT基无铅压电陶瓷的性能测试方法  26-31
    2.4.1 密度测试  26-27
    2.4.2 径向收缩率的测试  27
    2.4.3 相结构的测试  27
    2.4.4 微观组织的测试  27-28
    2.4.5 介电性能测试  28
    2.4.6 居里温度测试  28-29
    2.4.7 压电性能测试  29-31
第3章 BNKT陶瓷的烧结工艺及性能研究  31-43
  3.1 引言  31
  3.2 BNKT陶瓷的制备  31
  3.3 预烧温度和烧结温度的选择  31-34
    3.3.1 预烧温度的选择  31-33
    3.3.2 烧结温度的选择  33-34
  3.4 极化工艺的确定  34-36
    3.4.1 极化电压的选择  34-35
    3.4.2 极化温度的选择  35
    3.4.3 极化时间的选择  35-36
  3.5 BKT含量对BNKT性能的影响  36-40
    3.5.1 BKT含量对BNKT相结构的影响  36-37
    3.5.2 BKT含量对BNKT微观结构的影响  37-38
    3.5.3 BKT含量对BNKT电性能的影响  38-40
  3.6 本章小结  40-43
第4章 LiNbO_3掺杂对Bi_(0.5)(Na_(0.8)K_(0.2))_(0.5)TiO_3陶瓷性能的影响  43-49
  4.1 (1-x)Bi_(0.5)(Na_(0.8)K_(0.2))_(0.5)TiO_3-xLiNbO_3(简称(1-x)BNKT—xLN)陶瓷的制备  43
  4.2 陶瓷的烧结特性  43-44
  4.3 LiNbO_3含量对陶瓷相结构的影响  44-45
  4.4 LiNbO_3含量对陶瓷微观结构的影响  45-46
  4.5 LiNbO_3含量对陶瓷压电性能的影响  46-47
  4.6 LiNbO_3含量对陶瓷介电性能的影响  47-48
  4.7 本章小结  48-49
第5章 结论  49-51
参考文献  51-55
致谢  55-57
攻读硕士期间的研究成果  57

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电工材料 > 电工陶瓷材料 > 压电陶瓷材料
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