BCTZ无铅压电陶瓷的制备与性能研究

发布时间：2017-10-09 14:32

  本文关键词：BCTZ无铅压电陶瓷的制备与性能研究

  更多相关文章： BCZT 无铅压电陶瓷 铁电性能 介电性能 压电性能 烧结温度

【摘要】：钛酸钡(BT)压电陶瓷材料是一种性能优异的压电铁电材料,近几十年来在光、声、电子学等领域发展迅速已广泛的应用。但是,钛酸钡陶瓷一直具有温度稳定性差、居里温度低(约120℃)等缺点,这限制了其在室温下应用。BCZT锆钛酸钡钙是二种新型二元系钛酸钡基陶瓷材料,在准同型相界(简称MPB)附近具有很高的压电性能,该体系材料压电常数d33可以达到600 pC/N,甚至可与铅基陶瓷材料相媲美。但是,由于该体系材料仍存在一系列不尽如人意的缺点,很大程度上限制了其更大范围内的应用。本文采用固相法制备了一系列BZT-BCT锆钛酸钡钙无铅压电陶瓷,通过分析与对比不同组分BZT-BCT锆钛酸钡钙陶瓷性能,可以找出不同组分BZT-BCT锆钛酸钡钙陶瓷中铁电、介电以及压电性能最优异的组分。另外,对最优组分的陶瓷而言,首先,可以研究在不同烧结温度下其最优组分陶瓷的微观结构、形貌以及电学性能与烧结温度的关系；其次,可以研究在最佳烧结温度下电场、频率以及温度对最优组分陶瓷的电滞回线与极化反转电流的影响,分析最优组分陶瓷的极化反转过程。不同组分BZT-BCT锆钛酸钡钙陶瓷的XRD等测试结果显示,在1400～1500℃的烧结温度下制备的各组分锆钛酸钡钙陶瓷都具有典型的钙钛矿结构,这一结果表明Ca和Zr扩散到钛酸钡的晶格中形成了固溶体。BZT-BCT锆钛酸钡钙陶瓷在室温下出现了正交相与四方相的共存。不同组分BZT-BCT锆钛酸钡钙陶瓷的电学性能测试表明,8号样品的压电性能最佳,这是由于该体系最接近三重型相界,所以其电学性能最优异,这也进一步验证了准同型相界理论。其最大压电系数d33值达到384.4pC/N。上述研究结果表明,不同组分的BCZT锆钛酸钡钙陶瓷在不问烧结温度下(1400～1500℃)都具有典型的钙钛矿结构,不同烧结温度下的BCZT锆钛酸钡钙陶瓷存在菱方相和四方相的共存状态；当烧结温度为1450℃时,8号组分的BCZT锆钛酸钡钙陶瓷具有最优良的电学性能。
【关键词】：BCZT 无铅压电陶瓷 铁电性能 介电性能 压电性能 烧结温度
【学位授予单位】：景德镇陶瓷学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM282
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第1章 绪论8-28
• 1.1 引言8-9
• 1.2 压电材料概述9-16
• 1.2.1 压电效应9
• 1.2.2 铁电体9-10
• 1.2.3 电介质10-11
• 1.2.4 压电陶瓷晶体结构11-13
• 1.2.5 压电陶瓷的应用13
• 1.2.6 压电陶瓷的性能参数13-15
• 1.2.7 压电材料的制备方法15-16
• 1.3 无铅压电陶瓷研究现状16-18
• 1.3.1 钨青铜结构无铅压电陶瓷16-17
• 1.3.2 铋层状结构无铅压电陶瓷17
• 1.3.3 钙钛矿结构无铅压电陶瓷17-18
• 1.4 钛酸钡(BT)基无铅压电陶瓷材料的研究进展18-21
• 1.5 BZT基无铅压电陶瓷材料21
• 1.6 BCT-BZT基无铅压电陶瓷材料21-23
• 1.7 提高压电陶瓷性能的理论与技术23-26
• 1.7.1 压电陶瓷的离子位移理论与畴壁运动模型23-24
• 1.7.2 准同型相界与多形态相变理论24-25
• 1.7.3 压电陶瓷“软”、“硬”掺杂技术25
• 1.7.4 压电陶瓷低温烧结技术25-26
• 1.8 课题提出及研究内容26-28
• 1.8.1 课题提出26
• 1.8.2 研究内容26-28
• 2 实验部分28-33
• 2.1 实验原料及其性质28-29
• 2.1.1 实验主要原料28
• 2.1.2 原料的性质28-29
• 2.2 实验工艺流程29-31
• 2.3 实验仪器与设备31-32
• 2.4 性能表征32-33
• 3 BZT-BCT无铅压电陶瓷的性能研究33-47
• 3.1 BZT-BCT无铅压电陶瓷的性能研究33-46
• 3.1.1 压电性能33-34
• 3.1.2 机电耦合性能34-35
• 3.1.3 铁电性能35-46
• 3.2 本章小结46-47
• 4 BZT-BCT-xMnO_2无铅压电陶瓷的性能研究47-52
• 4.1 压电性能47-48
• 4.2 机电耦合性能48-51
• 4.3 本章小结51-52
• 5 结论与展望52-53
• 致谢53-54
• 参考文献54-56

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