钛酸钡基陶瓷的制备、微结构与压电物性

发布时间：2018-03-15 08:42

  本文选题：BaTiO_3　切入点：压电陶瓷　出处：《山东大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：压电材料是一种可以实现机械能和电能相互转化的功能材料,被广泛应用于制造传感器、制动器、超声换能器等电子元器件。其中,BaTiO3压电陶瓷是最早被发现极化后具有压电性的多晶材料,在压电性能更加优异的锆钛酸铅(Pb(Zr,Ti)O3,PZT)材料出现之前曾得到广泛的应用。长期以来,BaTiO3基陶瓷被认为有相对较低的d33值(190 pC/N)。然而,近年国内外研究者相继制备出了d33值可与PZT相比拟的BaTiO3陶瓷及其改性的压电陶瓷材料,这些研究结果表明BaTiO3基陶瓷材料具有很大的发展前景。BaTiO3基陶瓷的商业化生产通常采取低成本的固相反应制备方法。原料的选择是制备陶瓷的基础,不同的原料以及原料的不同处理方式对其制备得到的陶瓷微粉的均匀性和颗粒大小影响较大,进而影响其制备的BaTiO3基陶瓷的微观组织结构和压电性能。本论文开展了关于不同的原料及原料的不同处理方式对BaTiO3基陶瓷的制备及压电物性的影响的研究。主要结果如下:(1)研究了两种不同TiO2原料对BaTiO3陶瓷压电物性的影响。实验中分别采用两种不同型号的TiO2微粉(即TiO2-01微粉和TiO2-07微粉)为原料,当烧结温度为1220℃时分别获得较高压电性能的BaTiO3陶瓷样品,d33值分别为404 pC/N和414pC/N。另外,考察了 BaTiO3陶瓷的晶粒尺寸效应,发现两种TiO2原料制备的BaTiO3陶瓷变化规律一致,当晶粒尺寸大于1 μm时随着晶粒尺寸的增大压电系数d33值越来越小。两种BaTiO3陶瓷样品的相变点的变化趋势也相同,当晶粒尺寸增大时正交四方相变点降低,居里温度升高。研究结果表明,TiO2-01制备的BaTiO3陶瓷相对更加致密,介电损耗相对较小,重复性较好。(2)研究了原料预处理对BaTiO3压电陶瓷物性的影响。分别对BaCO3微粉和Ti02微粉进行不同时间的预处理制备BaTi03陶瓷,考察了其压电性能、介电性质、铁电性能、微观结构等物理性质。研究发现,配料前对BaCO3原料实施球磨预处理可明显地降低棒状颗粒的尺寸,从而可获得颗粒度细化的BaTiO3陶瓷微粉,进而制备致密度更高、晶粒尺寸更小而压电性能更高的BaTiO3陶瓷材料。BaCO3微粉原料通常由尺寸较大的棒状颗粒所组成,由于这些棒状颗粒在一次球磨过程中不容易粉碎,从而对经预烧、二次球磨所得到的BaTiO3陶瓷微粉的化学组分的均匀性和颗粒度产生影响,进而影响后序烧结得到的BaTiO3陶瓷的微观结构和压电性能。利用同样的BaCO3微粉原料,未经球磨预处理所制备的BaTiO3陶瓷的压电系数d33最高值为410pC/N,而实施合适的球磨预处理制备的BaTiO3陶瓷的压电系数d33最高值可达470pC/N。但是,原料TiO2-01预处理制备得到的BaTiO3陶瓷的压电性能并不理想,d33值仅能达到190pC/N,电滞回线也出现了收缩现象。(3)研究了不同TiO2微粉原料和BaCO3球磨预处理对BCZT陶瓷压电物性的影响。研究发现,配料前对BaCO3原料实施球磨预处理可使BCZT陶瓷微粉颗粒大小更加均匀,平均颗粒尺寸更大。对于相同温度下烧结的BCZT陶瓷样品而言,BaCO3微粉的预球磨处理可使后续得到的陶瓷样品晶粒尺寸偏小。以TiO2-01为原料时,BaCO3预球磨处理极大地增加了 BCZT陶瓷样品的d33值,从原料未预球磨时的540 pC/N增大到640 pC/N。但是,以TiO2-07为原料时情况则相反,实施BaCO3预球磨处理反而降低了 BCZT陶瓷样品的d33值,从未预球磨时的600 pC/N 降低为 500 pC/N。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM282.1

【参考文献】

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本文编号：1615277