铁酸铋—钛酸钡高温压电陶瓷在高场下的结构转变及电性能研究

发布时间：2017-10-11 09:15

  本文关键词：铁酸铋—钛酸钡高温压电陶瓷在高场下的结构转变及电性能研究

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【摘要】：随着原子能、航空航天、汽车、冶金和石油化工等领域的发展,对设备的使用环境提出了更为苛刻的要求,其中高温环境下能稳定工作的压电陶瓷电子元器件作为电器的重要组成部分被广泛研究。采用传统固相烧结法制备的(1-x)BiFeO3-xBaTiO3(BF-xBT)基无铅压电陶瓷因其优良的压电性能、较高的居里温度以及容易制备等特点,有望得到广泛的应用。本文研究了BF-xBT基高温无铅压电陶瓷以及取代、掺杂对BF-xBT陶瓷的组成、结构、显微组织、电性能、弥散相变、介电弛豫以及温度稳定性等进行了研究。主要研究内容如下:(1)研究了BF-xBT(x=0.27,0.29,0.32,0.34)体系压电陶瓷,成分与晶体结构、微观形貌以及介电压电性能之间的关系。XRD结果表明,x=0.27,0.29,0.32时,陶瓷晶体结构为三方结构,x=0.34伪立方结构。陶瓷的晶粒大小随着BT含量的增加有减小。当x=0.29时,陶瓷获得最佳压电性能,d33=132pC/N;BF-x BT陶瓷的居里温度Tc随x的增加而下降,当x由0.27增加到0.34,Tm由449℃下降到389℃。介电常数εr和介电损耗tanδ随BT含量的增加而增加。采用非原位测量研究了极化对BF-xBT陶瓷晶体结构和介电压电性能的影响,BF-xBT陶瓷的XRD结果表明,极化能改变三方结构的BF-xBT陶瓷(003)/(021)方向衍射峰的强度。极化后的介电常数εr和介电损耗tanδ会有所提升,同时陶瓷的居里温度Tc会提高,x=0.27时,Tm增加到485℃。通过对退极化行为的研究,高强度的极化电场会增加陶瓷的温度稳定性。(2)研究了Li NbO3(x=0.3%,0.6%,0.9%,1.2%)掺杂对BFBT-x LN陶瓷的晶体结构、显微组织、铁电性、压电介电等性能的影响。XRD结果表明,BFBT-xLN陶瓷由三方结构向伪立方结构转变。SEM图表明,LN会使晶粒细化,提高致密度。当x=0.6%时,BFBT-xLN陶瓷获得了最佳的压电常数d33~152pC/N,机电耦合系数kp也达到最大值~0.25。随LN含量的增加陶瓷的居里温度Tc下降。极化后陶瓷的介电常数εr和介电损耗tanδ有所提高。极化后居里温度Tc提高。BFBT-xLN陶瓷的压电性能温度稳定性较差,退极化温度随着LN的含量增加降低,强极化电场BFBT-0.6%LN陶瓷可以提高陶瓷的温度稳定性。测量BFBT-x LN陶瓷的S-E曲线,发现应变值(Strain%)和负应变值均随x的增加而减小,当x=1.2%,负应变值约为0。(3)研究了BF-xBT陶瓷的介电弥散性和弛豫特性。随着BT含量的增加,BF-xBT陶瓷的介电弥散性和弛豫特性也会随之增加。BFBT-xLN陶瓷随着LN含量的增加,介电弥散性和弛豫特性同时增加。BFBT-xCu陶瓷的弛豫性呈现反常现象,随着Cu含量的提高,陶瓷的介电弥散性和弛豫特性逐渐消失,陶瓷由弛豫铁电体向正常铁电体转变。
【关键词】：弛豫铁电体 高温压电陶瓷 极化电场 频率依赖性 弥散相变
【学位授予单位】：桂林电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM282
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-23
• § 引言9
• § 1.1 压电陶瓷的研究和发展9-10
• § 1.2 高温压电陶瓷种类及特点10-13
• § 1.2.1 铌酸盐高温压电陶瓷11
• § 1.2.2 铋层状结构高温无铅压电陶瓷11-12
• § 1.2.3 钛酸铅基高温压电陶瓷12-13
• § 1.3 BF-xBT高温无铅陶瓷的研究进展13-21
• § 1.3.1 BF-xBT陶瓷的准同型相界14-15
• § 1.3.2 BF-xBT陶瓷的掺杂改性15-16
• § 1.3.3 BF-xBT高温压电陶瓷的介电性能16-17
• § 1.3.4 BF-xBT压电陶瓷的弛豫特性17-21
• § 1.4 本论文选题依据和主要内容21-23
• 第二章 BF-xBT无铅压电陶瓷的制备和表征23-28
• § 2.1 引言23
• § 2.2 传统陶瓷制备法制备BF-xBT基压电陶瓷23
• § 2.3 制备BF-xBT陶瓷的原料23-24
• § 2.4 制备BF-xBT的工艺流程24-25
• § 2.5 性能测试及设备25-28
• § 2.5.1 晶体结构和表面形貌测试25
• § 2.5.2 压电介电性能的测试25-26
• § 2.5.3 介电性能测试26-27
• § 2.5.4 退极化温度测量27
• § 2.5.5 铁电性能测试27-28
• 第三章 BF-xBT陶瓷结构和电性能研究28-45
• § 3.1 引言28
• § 3.2 BF-xBT压电陶瓷的微观结构28-30
• § 3.2.1 BF-xBT陶瓷的晶体结构28-29
• § 3.2.2 BF-xBT陶瓷的显微形貌29-30
• § 3.3 BF-xBT陶瓷的压电性能30-31
• § 3.4 BF-xBT陶瓷的铁电性31
• § 3.5 BF-xBT陶瓷的介电频谱31-32
• § 3.6 BF-xBT陶瓷的居里温度32-33
• § 3.7 极化电场对BF xBT陶瓷结构与电性能的影响33-44
• § 3.7.1 极化电场对BF xBT陶瓷晶体结构的影响33-35
• § 3.7.2 极化电场对BF xBT陶瓷的介电性能的影响35-39
• § 3.7.3 极化电场对BF xBT陶瓷居里温度的影响39-41
• § 3.7.4 极化电场对BF-xBT陶瓷压电性能稳定性的影响41-44
• § 3.8 本章小结44-45
• 第四章 BFBT-xLN陶瓷结构与电性能研究45-55
• § 4.1 引言45
• § 4.2 BFBT-xLN陶瓷的微观结构45-47
• § 4.2.1 BFBT-xLN陶瓷的晶体结构45-46
• § 4.2.2 BFBT-xLN陶瓷表面形貌46-47
• § 4.3 BFBT-xLN陶瓷的压电性能47-48
• § 4.4 BFBT-xLN陶瓷的介电频谱48-49
• § 4.5 BFBT-xLN陶瓷的铁电性能49-50
• § 4.6 BFBT-xLN陶瓷的居里温度50-52
• § 4.7 BFBT-xLN陶瓷的退极化行为52
• § 4.8 BFBT-xLN陶瓷的场致应变52-54
• § 4.9 本章小结54-55
• 第五章 BF-xBT体系陶瓷的弛豫特性55-77
• § 5.1 引言55
• § 5.2 BF-xBT陶瓷介电弥散及弛豫特性55-62
• § 5.2.1 极化电场对BF-xBT陶瓷介电弥散及弛豫特性的影响57-61
• § 5.2.2 BF-xBT压电陶瓷的介电弥散行为61-62
• § 5.3 BF-xBT陶瓷介电性能随烧结温度的变化62-69
• § 5.3.1 烧结温度对BF-xBT陶瓷介电温谱的影响62-66
• § 5.3.2 烧结温度对BF-xBT陶瓷介电弥散性的影响66-67
• § 5.3.3 BF-xBT陶瓷形貌和晶体结构随烧结温度的变化67-69
• § 5.4 BFBT-xLN陶瓷的介电弥散和弛豫特性69-73
• § 5.5 CuO掺杂对BF-xBT体系压电陶瓷弛豫性的影响73-75
• § 5.6 本章小结75-77
• 第六章 总结77-79
• 参考文献79-87
• 致谢87-88
• 科研成果88

【参考文献】

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本文编号：1011692