钛酸铋钠基无铅压电陶瓷及其织构化制备研究

发布时间：2020-03-24 20:41

【摘要】：Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3(BNT)基无铅压电陶瓷材料具有良好的铁电性能:高的居里温度、剩余极化强度、场致应变和各向异性显著的机电耦合系数,被认为是目前最有希望取代含铅压电陶瓷的无铅压电材料之一。适用于传感器、驱动器、换能器、定位仪器等各种设备中。本论文以BNT基压电陶瓷为研究对象,对其准同型相界区进行了探讨;深入研究Hf~(4+)B位取代Ti~(4+)对该体系陶瓷形貌、相结构、介电、压电、逆压电等方面的影响;探索了该体系陶瓷织构化工艺对其性能的影响。通过XRD,SEM等检测手段观察其物相组成及微观结构,利用相关检测设备研究工艺和配方对陶瓷样品介电、压电和逆压电性能的影响。通过实验得到以下主要结论:(1)对于配方为{[Bi_(0.5)(Na_(85?96)K_(11?96))_(0.5)]_((1-x))Ba_x}TiO_3,x=0.03-0.07,陶瓷样品的相结构均为铁电三方相与铁电四方相共存,压电介电性能具有处于准同型相界组分的特征。相对于已有的研究结果而言,本实验的研究结果说明了BNT-BKT-BT三元系压电陶瓷具有更宽的准同型相界组分区。当x=0.05时,样品具有较好的综合性能,其压电常数d_(33)=142pC/N,介电常数ε~T_(33)/ε_0=1195。(2)研究HfO_2的B位微量取代对(Bi_(0.475)Na_(0.405)K_(0.055)Li_(0.015))_(0.95)Ba_(0.05)TiO_3陶瓷的结构和性能的影响。发现Hf~(4+)对Ti~(4+)的取代明显改变陶瓷样品的相结构,并影响样品的压电、逆压电和介电性能。当HfO_2的添加量为1mol%时,样品的负场致应变基本消失,样品具有较高的场致应变性能。在6kV/mm的电场作用下,样品的应变达到0.295%,逆压电系数(d~*_(33)=490pm/v,介电常数ε~T_(33)/ε_0=1408。(3)本文以Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3为晶种,采用反应模晶生长的方法制备织构化的(Bi_(0.475)Na_(0.405)K_(0.055)Li_(0.015))_(0.95)Ba_(0.05)Ti_(0.995)Hf_(0.005)O_3陶瓷。研究结果表明,在保温4h的条件下,可获得了织构度达到80%以上的陶瓷。相对于随机取向的样品而言,其压电常数和逆压电系数均提高了50%以上。当烧成温度为1100℃时,织构化的陶瓷具有优异的压电和逆压电性能:d_(33)=223pC/N,(d~*_(33)=805pm/V。
【图文】：

流程图,样品制备,流程图,箱式炉

广东工业大学硕士学位论文后用磁力搅拌机干燥，放入箱式炉中 850℃预烧。块体粉碎后在次放入球磨罐00r/min 球磨 12h。其中原料、无水乙醇、磨球质量比为 1:1:8。磁力搅拌烘干，加量比为 6wt%浓度的 PVB 进行造粒，过 80 目筛。用直径 12mm 模具在压片机上 2M型。放入冷等静压机中，200MPa 保压 5min。坯体放入烘箱，缓慢升至 600℃排胶入箱式炉（烧结）中于合适的温度烧结坯体。烧成后样品经过抛光清洗、镀银、银、磨边、极化。最后进行电学性能的测量。实验工艺流程图如图 2-1 所示。

工艺流程图,工艺流程图

图 2-2 RTGG 法工艺流程图Fig2-2 RTGG process flow chart2.4 样品的表征与性能测试2.4.1 物相结构分析烧结后的样品先将用 600 目的砂纸打磨，除去表面的杂质，然后利用 X 射线衍射仪进行物相组成、晶体结构、晶粒大小等分析。本文采用荷兰 PANalytical 公司的型号为PW3040/60的X射线衍射仪进行样品的物相分析，X射线衍射仪采用Cu Kα射线（ =1.5406 ），扫描的 2θ 角度范围为 10～80°。并用 Jade 软件对得到的 XRD 衍射图谱进行物相分析并用 Lotgering 方法计算织构度。具体计算公式如下： = 01 0
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM282

【参考文献】