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铋层状结构无铅压电陶瓷的离子取代改性研究

作　者: 赵燚
导　师: 杜慧玲
学　校: 西安科技大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 铋层状结构 压电陶瓷 离子取代 介电性能
分类号: TM282
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 173次
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内容摘要


铋层状结构无铅压电陶瓷具有较高的居里温度和良好的抗疲劳性能,因此在高温压电应用及铁电存储方面具有广阔的应用前景。但是单一铋层状材料具有难以实用化的缺点,因此本文采用生成固溶体和离子取代两种方法改善材料的电学性能,系统研究了材料的结构特性与介电性能、铁电及压电性能的关系,对制备高性能且实用性的铁电材料具有一定的指导意义。本论文采用传统陶瓷制备工艺,成功制备了（SrBi2Ta2O9）x（Bi3TiTaO9）1-x陶瓷体系。该体系形成了单一正交晶系铋层状结构,随着SBT引入量的增多,晶粒逐渐增大,结晶度逐步提高,晶粒尺寸趋于一致。当x=0.6mol时,室温下的介电性能最优,此时=131.6516,tan =0.01273。SBT含量的增多使晶体中A位加权离子半径增大,同时离子极化率减小,因此居里温度随之降低（x=0.6,Tc=450℃）。首次将钙钛矿结构与铋层状结构固溶制得（BaTiO3）x（SrBi2Ta2O9）1-x（0.05≤x≤0.3）陶瓷。当x≤0.2时为单相铋层状结构,当x=0.3时形成了四方相。由扫描电镜可知,陶瓷样品形成了铋层状结构与钙钛矿结构共存的固溶体。室温下BT-SBT陶瓷的介电常数在1kHz100kHz范围内具有频率稳定性,tan维持在6.0×10-3数量级以下。BT-SBT系列陶瓷具有弥散相变和频率色散特征,同时具有较大的弥散性指数（>1.6）,具有典型弛豫型铁电体特征。随着BT含量的增加,陶瓷样品的居里温度Tc均为650℃,远高于BT（Tc=130℃）和SBT（Tc=335℃）的居里温度。当x=0.1mol时, =200,tan =0.00376,d33=12 pC/N,表现出优异的综合性能。本文还采用了离子取代的方法对铋层状结构化合物进行改性研究。选用同主族的Ba2+取代CaBi4Ti4O15中A位的Ca2+,所形成的Ca1-xBaxBi4Ti4O15体系为四层的铋层状结构,Ba2+取代减小了正交畸变程度,降低了陶瓷样品的居里温度,提高了陶瓷在室温下的介电和铁电性能,还选用同主族的K+取代Na0.5Bi4.5Ti4O15中A位的Na+,样品均形成单一相的铋层状结构,K+含量的增加,增大了晶格畸变,提了结晶度。由于烧结过程中K+容易挥发,造成反应物配比中（K,Bi）空位的增加,使居里温度不随K+含量的变化,四个样品的居里温度均为660℃。样品的介电损耗峰值在低温处出现了弛豫峰,根据Arrhenius公式拟合可知,该弛豫过程是由于氧空位的热运动引起的。

全文目录


摘要  2-4
ABSTRACT  4-8
1 绪论  8-17
  1.1 压电铁电材料概述  8-12
    1.1.1 压电材料及其特点  8-9
    1.1.2 铁电材料及其特点  9-12
  1.2 无铅压电陶瓷的分类及其特点  12-14
  1.3 铋层状结构无铅压电陶瓷的研究现状  14-15
  1.4 本文研究的主要内容  15-17
2 铋层状无铅压电陶瓷的制备工艺与性能表征  17-23
  2.1 样品的制备  17-20
    2.1.1 实验原料  17
    2.1.2 铋层状结构无铅压电陶瓷的传统制备工艺  17-18
    2.1.3 传统制备工艺的优化方案  18-20
  2.2 样品的结构与性能测试  20-23
    2.2.1 相结构表征  20
    2.2.2 陶瓷的显微结构分析  20-21
    2.2.3 陶瓷的介电温度特性测试  21
    2.2.4 陶瓷的介电频率特性测试  21-22
    2.2.5 陶瓷的压电性能测试  22
    2.2.6 陶瓷的铁电性能测试  22-23
3 SBT-BTT 铋层状结构固溶陶瓷的组成、结构与性能研究  23-32
  3.1 引言  23-24
  3.2 SBT-BTT 铋层状结构固溶陶瓷的结构研究  24-27
    3.2.1 SBT-BTT 陶瓷的相结构  24-25
    3.2.2 SBT-BTT 陶瓷的显微结构  25-27
  3.3 SBT-BTT 铋层状结构固溶陶瓷的性能研究  27-30
    3.3.1 SBT-BTT 铋层状结构固溶陶瓷室温下的介电性能研究  27-28
    3.3.2 SBT-BTT 铋层状结构固溶陶瓷的介电性能随温度的变化规律  28-30
  3.4 SBT-BTT 铋层状结构固溶陶瓷的介电性能随含量变化机理研究  30-31
  3.5 小结  31-32
4 BT-SBT 铋层状结构固溶陶瓷的组成、结构与性能研究  32-43
  4.1 引言  32-33
  4.2 BT-SBT 铋层状结构固溶陶瓷的结构研究  33-36
    4.2.1 BT-SBT 铋层状结构固溶陶瓷的相结构  33-35
    4.2.2 BT-SBT 铋层状结构固溶陶瓷的显微结构  35-36
  4.3 BT-SBT 铋层状结构固溶陶瓷的性能研究  36-42
    4.3.1 BT-SBT 铋层状结构固溶陶瓷室温下的介电性能研究  36-37
    4.3.2 BT-SBT 铋层状结构固溶陶瓷的介电性能随温度的变化规律  37-41
    4.3.3 BT-SBT 铋层状结构固溶陶瓷的压电性能研究  41-42
  4.4 小结  42-43
5 A 位离子取代对四层铋层状结构陶瓷的改性研究  43-62
  5.1 Ca_(1-x)Ba_xBi_4Ti_4O_(15) 陶瓷的结构与性能研究  43-52
    5.1.1 引言  43-44
    5.1.2 CBBT 陶瓷的相结构  44-45
    5.1.3 CBBT 陶瓷的显微结构  45-47
    5.1.4 CBBT 陶瓷室温下的介电性能研究  47-48
    5.1.5 CBBT 陶瓷的介电性能随温度的变化规律  48-52
    5.1.6 CBBT 陶瓷的铁电性能  52
  5.2 (Na_(0.5-x)K_x)Bi_(4.5)Ti_4O_(15) 陶瓷的结构与性能研究  52-59
    5.2.1 引言  52-53
    5.2.2 NKBT 陶瓷的相结构  53-54
    5.2.3 NKBT 陶瓷的显微结构  54-55
    5.2.4 NKBT 陶瓷室温下的介电性能研究  55-57
    5.2.5 NKBT 陶瓷的介电性能随温度的变化规律  57-59
  5.3 A 位离子取代对四层铋层状结构陶瓷性能的影响  59-61
  5.4 小结  61-62
6 结论  62-63
致谢  63-64
参考文献  64-69
附录  69

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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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