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（Bi_（0.5）Na_（0.5））_（0.94）Ba_（0.06）TiO_3压电陶瓷的制备及物性研究

作　者: 师金华
导　师: 杨万民
学　校: 陕西师范大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 钛酸秘钠 钛酸钡 无铅压电陶瓷 钙钛矿 弛豫铁电体
分类号: TM282
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 115次
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内容摘要


钛酸铋钠((Bi0.5Na0.5)TiO3,简称BNT)是一类钙钛矿型的A位离子复合取代铁电体,其居里温度为320℃,在室温下具有很强的铁电性（Pr=38 pC/cm2）,被认为是无铅压电陶瓷最有希望的候选材料之一。本论文以BNT基压电陶瓷中压电性能较为出色的(Na0.5Bi0.5)0.94Ba0.06-TiO3（缩写为BNBT6）陶瓷作为研究对象,采用传统的电子陶瓷方法制备了BNBT6压电陶瓷,系统地研究了它的制备工艺和极化工艺,具体分析了不同烧结温度对BNBT6陶瓷微观结构、密度、介电及压电性能的影响,并结合实验结果讨论了BNBT6陶瓷的介电弛豫特性。最后分析了离子掺杂和取代对BNBT6陶瓷物性的影响。主要结论如下:（1）采用TG-DTA,XRD和SEM等分析技术,较好地优化了制备高质量BNBT6压电陶瓷的工艺参数,其预烧温度在850～900℃,保温2小时;其烧结温度在1140～1160℃,保温2小时。在对BNBT6陶瓷极化的过程中,发现极化电场强度和极化温度对陶瓷的压电性能有较大的影响,而极化时间的影响相对较小。适宜的极化电场是3～4kV/mm,极化温度是70～80℃,极化时间是10～20分钟。（2）以BNBT6陶瓷为研究对象,研究了烧结温度对其体密度、相结构、微观形貌、介电和压电性能的影响。发现在1120到1180℃之间烧结的所有陶瓷样品,其晶体结构均为三方、四方相共存。发现最优的烧结温度为1160℃,相应样品有着较高的体密度ρ=5.826g/cm3,很好的电性能:压电系数d33=120pC/N,平面机电耦合系数kp=0.297,相对介电常数εr=615,介电损耗tanδ=0.020。研究了样品从室温到500℃的介电温谱图,讨论了BNBT6材料的介电弛豫特性。（3）CeO2（0.0～1.0 wt%）掺杂不会改变BNBT6材料的钙钛矿结构。但掺杂后,引起了晶粒尺寸的变化。适量的CeO2掺杂,可提高BNBT6陶瓷的压电与介电常数,降低其介电损耗。当CeO2掺杂量为0.4wt%时,陶瓷的压电常数d33达到128pC/N,平面机电耦合系数kp为28.3%,相对介电常数εr为891,介电损耗tanδ为0.0185。掺杂CeO2后BNBT6陶瓷仍然具有弛豫铁电体性质,但铁电相向反铁电相转变温度死降低。分析了CeO2掺杂后,对BNBT6物性的影响机理。（4）研究了不同Li+取代A位Na+后,(Bi0.94(Na0.94-xLix))0.5TiO3陶瓷体系的物性变化。x在（0.01～0.11）之间变化,不会改变BNBT6陶瓷三方-四方共存的晶体结构,不会改变BNBT6陶瓷的弛豫特性,但是随着取代量x的增加,铁电相向反铁电相转变温度Td降低,介电和压电性能有变化。当x=0.05时,陶瓷的压电常数d33为128pC/N,平面机电耦合系数kp为0.30,相对介电常数εr为810。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章 绪论  8-20
  1.1 压电和铁电材料概述  8-12
    1.1.1 压电材料及其特点  8-9
    1.1.2 铁电材料及其特性  9-12
  1.2 无铅压电陶瓷的研究意义及研究现状  12-15
    1.2.1 无铅压电陶瓷的研究意义  12
    1.2.2 无铅压电陶瓷的种类及特点  12-15
  1.3 无铅压电陶瓷的发展特点  15
  1.4 钛酸铋钠基无铅压电陶瓷的研究现状  15-18
  1.5 本研究的总体思路和研究内容  18-20
第2章 BNT基压电陶瓷的制备及测试方法  20-30
  2.1 BNT基陶瓷样品的制备工艺流程  20-25
    2.1.1 原料的选择和处理  21
    2.1.2 配料  21
    2.1.3 混合  21
    2.1.4 预烧  21-23
    2.1.5 细磨  23
    2.1.6 成型  23
    2.1.7 排胶  23-24
    2.1.8 烧成  24
    2.1.9 抛光、镀银电极和极化  24-25
  2.2 材料的结构分析与性能参数测试  25-26
    2.2.1 材料的结构分析方法  25
    2.2.2 材料的主要性能参数测试  25-26
  2.3 陶瓷的极化工艺对材料压电性能的影响  26-28
    2.3.1 极化温度对压电性能的影响  26-27
    2.3.2 极化电场对压电性能的影响  27-28
    2.3.3 极化时间对压电性能的影响  28
  2.4 本章小结  28-30
第3章 烧结温度对BNBT6压电陶瓷微观结构和电性能的影响  30-38
  3.1 引言  30
  3.2 不同烧结温度下BNBT6陶瓷样品的晶体结构  30-31
  3.3 不同烧结温度下BNBT6陶瓷样品的体密度  31-32
  3.4 不同烧结温度下BNBT6陶瓷样品的表面形貌  32-33
  3.5 不同烧结温度下BNBT6陶瓷样品的电性能  33-34
  3.6 不同烧结温度下BNBT6陶瓷样品的介电温谱  34-35
  3.7 BNBT6陶瓷样品的介电弛豫  35-37
  3.8 本章小结  37-38
第4章 CeO_2掺杂对BNBT6压电陶瓷微观结构和电性能的影响  38-46
  4.1 引言  38
  4.2 CeO_2掺杂对BNBT6陶瓷样品晶体结构的影响  38-39
  4.3 CeO_2掺杂对BNBT6陶瓷样品表面形貌的影响  39-40
  4.4 CeO_2掺杂对BNBT6陶瓷样品介电压电性能的影响  40-42
  4.5 CeO_2掺杂对BNBT6陶瓷样品体密度的影响  42
  4.6 CeO_2掺杂对BNBT6陶瓷样品介电弛豫的影响  42-44
  4.7 本章小结  44-46
第5章 A位Li取代对BNBT6压电陶瓷微观结构和电性能的影响  46-52
  5.1 引言  46
  5.2 A位Li取代对BNBT6陶瓷样品晶体结构的影响  46-47
  5.3 A位Li取代对BNBT6陶瓷样品体密度的影响  47
  5.4 A位Li取代对BNBT6陶瓷样品表面形貌的影响  47-49
  5.5 A位Li取代对BNBT6陶瓷样品介电压电性能的影响  49-50
  5.6 A位Li取代对BNBT6陶瓷样品介电弛豫的影响  50-51
  5.7 本章小结  51-52
第6章 结论与展望  52-54
  6.1 结论  52-53
  6.2 展望  53-54
参考文献  54-60
致谢  60-61
攻读学位期间的研究成果  61

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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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