兩類無鉛陶瓷的壓電性能和介電性能研究.pdf

1、壓電效應(yīng)是在1880年由居里兄弟研究石英單晶時發(fā)現(xiàn)的。20世紀40年代，人們制備出BaTiO<,3>壓電陶瓷，壓電材料開始得到廣泛應(yīng)用。壓電材料作為一種機械能與電能相互轉(zhuǎn)換的功能材料，在電、磁、聲、光、熱、力等功能轉(zhuǎn)換器件中發(fā)揮著重要的作用。鋯鈦酸鉛(PZT)壓電陶瓷可以通過改變成分在很寬的范圍內(nèi)調(diào)整性能，以滿足不同的需要。PZT、存在一準同型相界(MPB)，在準同型相界處壓電活性高，具有良好的壓電性能，得到廣泛的應(yīng)用。由于Pb具有毒性

2、，PT[’含有大量的Pb，且制備和使用時易揮發(fā)，這樣會造成環(huán)境的污染，危害人們的健康，因此含Pb材料的使用受到限制。這樣就需要研制壓電性能優(yōu)良的無鉛壓電材料，以取代鉛基壓電陶瓷。 堿金屬鈮酸鹽基陶瓷是一類重要的無鉛壓電陶瓷，鈮酸鉀鈉(KNN)陶瓷由于其較好的壓電性能，受到人們的重視，成為一種取代鉛基壓電陶瓷的替代材料。但是制備過程中K和Na易揮發(fā)，得到的陶瓷材料致密度不高，導(dǎo)致其壓電性能變差。為提高KNN陶瓷的壓電性能，人們采取

3、了特殊的制備工藝，如使用熱壓法制備的(K<,0.5>Na<,0.5>)NbO<,3>陶瓷，其壓電常數(shù)d<,33>達160pC/N，平面機電耦合系數(shù)K<,p>達45﹪。還有通過摻雜改性以提高其壓電性能的。人們在很多體系中都發(fā)現(xiàn)準同型相界的存在，在相界處得到的材料都具有優(yōu)良的壓電性能。 本文壓電部分選取(1-x)(K<,0.5>Na<,0.5>)NbO<,3>-x(Bi<,0.5>Na<,0.5>)TiO<,3>體系陶瓷[簡寫為(1

4、-x)KNN-xBNT]為對象。鈦酸鉍鈉[(Bi<,0.5>N<,0.5>)TiO<,3>，BNT]是一種鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的弛豫鐵電體，居里溫度為320℃，室溫下為鐵電三方相，自發(fā)極化強度為38 μC/cm<'2>。BNI、具有很強的鐵電性和較高的居里溫度，近年來也得到了廣泛的研究。本文中，通過固相反應(yīng)法制備(1-x)KNN-xBNT陶瓷，研究了該系列陶瓷的結(jié)構(gòu)特征，介電性質(zhì)和壓電性質(zhì)。BNT對KNN陶瓷晶粒的生長起到抑制作用。介電溫譜表明B

5、NT降低了KNN的鐵電順電相變溫度，x>0.03樣品的相變點擴展為一相變溫區(qū)。樣品的壓電常數(shù)和機電耦合系數(shù)在x=0.03時得到最大值，致密度最高，X射線衍射圖譜也顯示在x=0.03時樣品的晶相結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變，表明在此組分附近，(1-x)KNN-xBNT系列陶瓷存在準同型相界。X=0.03時，d<,33>=190pC/N，K<,p>=38.7﹪。 本文介電部分，選取(1-x)BaTiO<,3>-xCaTiO<,3>[簡寫為(1-x)

6、BT-xCT]為對象。BaTiO<,3>在-90℃、0℃、120℃附近會發(fā)生相變。由于相變的影響，BaTiO<,3>介電常數(shù)的溫度穩(wěn)定性變差。從低溫到高溫，BaTiO<,3>依次經(jīng)過的相結(jié)構(gòu)為三方、斜方、四方、立方。本文中，通過固相反應(yīng)法制備了(1-x)BT-xCT陶瓷，研究了BaTiO<,3>對BaTiO<,3>微觀結(jié)構(gòu)，介電頻譜和介電溫譜的影響。當(dāng)x≤0.30，CaTiO<,3>和BaTiO<,3>，能形成固溶體。摻入CaTiO<,