铌酸锶钡陶瓷的制备及其电卡效应

发布时间：2017-04-11 00:31

  本文关键词：铌酸锶钡陶瓷的制备及其电卡效应，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：电卡效应因为其制冷的技术成本低、能源转换率高以及环保等优势而备受关注。SrxBa1-xNb2O6陶瓷是非充满型钨青铜结构的典型代表,因为具有优异的铁电、压电、热释电以及非线性光学性能,是制备电卡效应的优选材料。本文研究了SrxBa1-xNb2O6陶瓷的成分、晶体结构、微结构与介电和铁电性能间的关系,探讨影响该体系材料的介电击穿场强以及电卡效应的因素,寻求提高无铅陶瓷电卡效应的方法。采取放电等离子烧结法(以下简写成SPS)制备出了晶粒小且致密度高的SrxBa1-xNb2O6(简称SBN) (x=0.4,0.5,0.6)陶瓷,通过扫描电子显微镜以及介电温谱和铁电性能的对比分析,可知SPS样品的晶粒尺寸比传统固相烧结法(以下简写成CS)的小；随着晶粒尺寸的减小,介电常数减小。通过测量SPS和CS两种烧结方法制备的SBN40、SBN50和SBN60陶瓷在不同温度下的极化值,可知不同的烧结方法会影响陶瓷的铁电性能,从而影响其电卡效应。SPS制备的SBN40、SBN50以及SBN60陶瓷的晶粒尺寸小,致密度比CS试样的高,介电击穿场强可以达到80kV/cm,比起CS的试样高出将近一倍。在105℃及电场变化ΔE=80kV/cm时,其AT值为0.51℃。ΔS为0.57J/(kg.K),比CS制备的试样提高了0.1℃。采用化学共沉淀法合成SBN陶瓷粉末,研究合成条件沉淀剂的滴加方式、pH值、煅烧温度及煅烧时间对产物的影响规律,本文以硝酸锶和乙酸钡以及草酸铌作为前驱体,以碳酸铵作为沉淀剂。在pH=10.5,煅烧温度为700-C,合成SBN40陶瓷粉末,在pH=11,煅烧温度为800℃合成SBN50陶瓷粉末,提高钡前驱体的计量比分别至1.15和1.30,才能在pH=11,800℃得到单相的SBN60和SBN75陶瓷粉末。该方法与现有文献采用HF溶解Nb205的方法相比,制备过程简单,避开了环境污染严重的HF。共沉淀法制备的SBN陶瓷粉末晶粒尺寸约为100nm左右,CS制备的SBN陶瓷粉末晶粒尺寸约为2μm,小了20倍左右。共沉淀法合成的前驱体粉末经过SPS烧结而成的陶瓷试样的晶体颗粒尺寸对比CS前驱体粉末制备的陶瓷样品小。相比CS制备的陶瓷试样,介电常数降低。该晶体颗粒尺寸小且致密度高,其介电击穿场强。是CS的3.8倍。因此具有较高的电卡效应。
【关键词】：Sr_xBa_(1-x)Nb_2O_6 放电等离子烧结(SPS) 化学共沉淀法 电卡效应
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ174.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-27
• 1.1 引言9
• 1.2 电卡效应的概述与原理9-17
• 1.2.1 概念以及物理意义9-10
• 1.2.2 电卡效应的测量方法10-12
• 1.2.3 电卡效应材料的研究进展12-15
• 1.2.4 电卡效应的制冷原理15-17
• 1.3 Sr_xBa_(1-x)Nb_2O_6基陶瓷17-19
• 1.3.1 Sr_xBa_(1-x)Nb_2O_6的晶体结构17-18
• 1.3.2 Sr_xBa_(1-x)Nb_2O_6的应用前景18
• 1.3.3 Sr_xBa_(1-x)Nb_2O_6的置换改性18-19
• 1.4 放电等离子烧结(SPS)技术19-24
• 1.4.1 SPS技术的发展20
• 1.4.2 SPS技术的原理20-22
• 1.4.3 SPS技术的工艺22-23
• 1.4.4 SPS技术的应用23-24
• 1.5 化学共沉淀法24-26
• 1.5.1 共沉淀法的工艺过程24-25
• 1.5.2 共沉淀法的影响因素25-26
• 1.6 课题的提出与研究内容26-27
• 第二章 固相法制备Sr_xBa_(1-x)Nb_2O_6陶瓷的介电和铁电性能27-37
• 2.1 前言27
• 2.2 样品的制备与测试27-29
• 2.2.1 陶瓷样品的制备27-28
• 2.2.2 陶瓷样品的测试28-29
• 2.3 实验结果与讨论29-35
• 2.3.1 陶瓷烧结特性29-31
• 2.3.2 相组成与微观结构31-33
• 2.3.3 介电性能和热学性能分析33-34
• 2.3.4 铁电性能分析34-35
• 2.4 小结35-37
• 第三章 固相法制备Sr_xBa_(1-x)Nb_2O_6陶瓷的电卡效应37-45
• 3.1 引言37
• 3.2 样品的制备与测试37-38
• 3.2.1 陶瓷样品的制备37-38
• 3.2.2 陶瓷样品的测试38
• 3.3 实验结果与讨论38-44
• 3.3.1 介温性能及热学性能分析38
• 3.3.2 极化值测量38-42
• 3.3.3 ECE计算分析42-44
• 3.4 小结44-45
• 第四章 共沉淀法合成Sr_xBa_(1-x)Nb_2O_6陶瓷的电卡效应45-57
• 4.1 前言45-46
• 4.2 样品的制备与测试46-48
• 4.2.1 陶瓷粉末的制备46-48
• 4.2.2 陶瓷样品的测试48
• 4.3 实验结果与讨论48-55
• 4.3.1 影响共沉淀过程中的因素48-52
• 4.3.2 SBN陶瓷粉末的形貌分析52-54
• 4.3.3 介电性能分析54-55
• 4.3.4 铁电性能分析55
• 4.4 小结55-57
• 第五章 总结57-59
• 参考文献59-69
• 致谢69-71
• 个人简历71-73
• 攻读学位期间发表的学术论文与取得的其它研究成果73

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