鈦酸鉍鈉基無鉛壓電陶瓷的摻雜改性研究.pdf

1、Bi<,0.5>Na<,0.5>TiO<,3>(簡稱BNT)陶瓷由于具有良好的壓電性、高居里溫度和燒結(jié)過程中無毒、易控制性等優(yōu)點(diǎn)而倍受青睞。但純的BNT陶瓷矯頑場強(qiáng)大、不易極化、且難以燒結(jié)，因此要想其在工業(yè)上得到廣泛的應(yīng)用，必須要對它進(jìn)行改性研究來獲得有一定實(shí)用價值的陶瓷材料。目前對它的改性研究主要表現(xiàn)在：制備工藝改性、取代改性、添加物改性和引入具有其它二元或多元相結(jié)構(gòu)的鐵電或反鐵電相與之形成固溶體。本論文主要從摻雜改性方面對Bi<,0

2、.5>Na<,0.5>TiO<,3>-BaTiO<,3>(簡稱BNTBT)基陶瓷進(jìn)行研究。通過在不同的晶格位置摻雜Li、K、Mg、Zr等元素進(jìn)行改性研究。研究了摻雜元素對陶瓷結(jié)構(gòu)和性能的影響，得到了一些電學(xué)性能較好的BNT系列陶瓷。 首先采用固相燒結(jié)法，在0.94Bi<,0.5>Na<,0.5>TiO<,3>-0.06BaTiO<,3>(NBTBT)二元無鉛壓電陶瓷體系中添加MgO進(jìn)行改性研究。運(yùn)用X射線衍射、掃描電子顯微分析等

3、分析測試手段對摻雜陶瓷微觀結(jié)構(gòu)和形貌及其變化規(guī)律進(jìn)行表征與研究；運(yùn)用精密數(shù)字電橋、d<,33>測試儀、阻抗分析儀等儀器對樣品的電學(xué)性能進(jìn)行了測量和分析，并討論了性能和結(jié)構(gòu)之間的相互關(guān)系。MgO添加NBTBT體系的測試和分析表明，適量的MgO添加有助于樣品的燒結(jié)致密和晶粒的生長，這樣可有效提高陶瓷體內(nèi)有效電荷密度，宏觀上表現(xiàn)出介電常數(shù)的增大。Mg主要以+2價進(jìn)入晶格A位，表現(xiàn)出較強(qiáng)的軟性摻雜特征和晶粒尺寸效應(yīng)，最佳的性能在MgO添加量為0

4、.3wt﹪處獲得：壓電常數(shù)d<,33>為127pC/N，平面機(jī)電偶合系數(shù)K<,p>為0.271，介電常數(shù)ε<,R>為919.96。 本文還對用Zr取代NBTBT陶瓷中的Ti進(jìn)行了研究。研究表明， Zr在一定范圍內(nèi)取代樣品中的Ti后，由于Zr<'4+>的半徑與Ti<'4+>的半徑差異，引起了BNTBT陶瓷晶格結(jié)構(gòu)的畸變。這樣在極化處理時有利于自發(fā)極化作90°的轉(zhuǎn)向，壓電性能就有所提高。同時研究發(fā)現(xiàn)，陶瓷的介電常數(shù)隨著zr取代量的增

5、加而增加，最高可達(dá)1395.141。但zr取代BNTBT陶瓷中的Ti后會降低陶瓷的居里溫度。 本論文還對Bi<,0.5>(Na<,0.7>K<,0.25>Li<,0.5>)TiO<,3>-Ba(zr<,0.5>Ti<,0.95>)O<,3>(簡稱BNKLT-BZT)二元體系陶瓷進(jìn)行了具體的研究。通過X射線衍射分析技術(shù)和壓電性能測試，研究組成與晶體結(jié)構(gòu)、陶瓷的壓電性能的關(guān)系，得出BNKLT-BZT陶瓷在x=0.006～0.01范圍