锆钛酸钡钙无铅压电陶瓷的制备及掺杂改性的研究

发布时间：2017-05-17 09:22

  本文关键词：锆钛酸钡钙无铅压电陶瓷的制备及掺杂改性的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：压电陶瓷因其压电特性在人类生产生活中占有极其重要的地位,BCZT无铅压电陶瓷由于其优秀的压电性能和对人类环境生态友好的特性,受到了越来越多的重视。但BCZT无铅压电陶瓷的烧结温度过高、居里温度太低等问题仍然没能得到很大的改进。本文采用传统固相法制备BCZT无铅压电陶瓷,分别研究了Nd2O3、Co2O3、Bi2O3、BiFe O3和Li2CO3掺杂对BCZT无铅压电陶瓷相结构、微观结构、电性能和居里温度的影响,具体内容如下:(1)掺入Nd2O3没有改变所制备(Ba0.85Ca0.15)(Ti0.9Zr0.1)O3陶瓷的钙钛矿物相结构,BCZT基无铅压电陶瓷的晶粒尺寸先增大后减小,随着Nd2O3的增加,BCZT压电陶瓷的压电常数(d33)、平面机电耦合系数(Kp)、介电损耗(tanδ)和居里温度(Tc)分别先增大后减小,而密度(ρ)和介电常数(εr)先减小后增大。当Nd2O3的掺杂量为0.2 wt.%时,在1420℃烧结制得的(Ba0.85Ca0.15)(Ti0.9Zr0.1)O3无铅压电陶瓷综合性能最佳:d33=228 pC/N,KP=38.9%,εr=2846,tanδ=0.018,Tc=101℃,ρ=4.805 g/cm3。(2)掺入Co2O3没有改变所制备(Ba0.85Ca0.15)(Ti0.9Zr0.1)O3陶瓷的钙钛矿物相结构,BCZT基无铅压电陶瓷的晶粒尺寸有减小趋势,随着Co2O3的增加,BCZT压电陶瓷的压电常数(d33)、平面机电耦合系数(Kp)、介电常数(εr)和密度(ρ)分别先增大后减小,而介电损耗(tanδ)和居里温度(Tc)一直减小。当Co2O3的掺杂量为0.4 wt.%时,在1360℃烧结制得的(Ba0.85Ca0.15)(Ti0.9Zr0.1)O3无铅压电陶瓷综合性能最佳:d33=334 pC/N,KP=40.8%,εr=3593,tanδ=0.021,Tc=66℃,ρ=5.540 g/cm3。(3)掺入Bi2O3没有改变所制备(Ba0.85Ca0.15)(Ti0.9Zr0.1)O3陶瓷的钙钛矿物相结构,BCZT基无铅压电陶瓷的晶粒尺寸有减小趋势,随着Bi2O3的增加,BCZT压电陶瓷的压电常数(d33)、平面机电耦合系数(Kp)、介电常数(εr)和密度(ρ)分别先增大后减小,而介电损耗(tanδ)则一直增大,居里温度(Tc)一直减小。当Bi2O3的掺杂量x=0.002时,在1450℃烧结制得的(Ba0.85Ca0.15)(Ti0.9Zr0.1)O3无铅压电陶瓷综合性能最佳:d33=266 pC/N,KP=38.4%,εr=3096,tanδ=0.018,Tc=100℃,ρ=5.028 g/cm3。(4)掺入BiFe O3没有改变所制备(Ba0.85Ca0.15)(Ti0.9Zr0.1)O3陶瓷的钙钛矿物相结构,BCZT基无铅压电陶瓷的晶粒尺寸有减小趋势,随着BiFeO3的增加,BCZT密度(ρ)和介电常数(εr)分别先增大后减小,压电常数(d33)、平面机电耦合系数(Kp)和居里温度(Tc)分别一直减小,介电损耗(tanδ)则先减小后增大。当BiFe O3的掺杂量为0.3 mol%时,在1450℃烧结制得的(Ba0.85Ca0.15)(Ti0.9Zr0.1)O3无铅压电陶瓷综合性能最佳:d33=307 pC/N,KP=30.8%,εr=2240,tanδ=0.029,Tc=100℃,ρ=4.892 g/cm3。(5)掺入Li2CO3没有改变所制备(Ba0.85Ca0.15)(Ti0.9Zr0.1)O3陶瓷的钙钛矿物相结构,BCZT基无铅压电陶瓷的晶粒尺寸有增大趋势,随着Li2CO3的增加,BCZT压电陶瓷的压电常数(d33)、平面机电耦合系数(Kp)、介电常数(εr)和密度(ρ)分别先增大后减小,而介电损耗(tanδ)则先减小后增大,居里温度(Tc)一直减小。当Li2CO3的掺杂量为0.3 wt.%时,在1100℃烧结制得的(Ba0.85Ca0.15)(Ti0.9Zr0.1)O3无铅压电陶瓷综合性能最佳:d33=134 pC/N,KP=35.1%,εr=1734,tanδ=0.028,Tc=87.4℃,ρ=5.480 g/cm3。
【关键词】：无铅压电陶瓷 锆钛酸钡钙 掺杂改性 压电性能 介电性能 居里温度
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ174.1
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-29
• 1.1 引言12
• 1.2 压电陶瓷12-19
• 1.2.1 压电效应12-14
• 1.2.2 压电陶瓷的主要性能参数14-17
• 1.2.3 压电陶瓷的应用17-19
• 1.3 无铅压电陶瓷的研究现状19-25
• 1.3.1 BaTiO_3基无铅压电陶瓷19-20
• 1.3.2 Bi_(1/2))Na_(1/2)TiO_3基无铅压电陶瓷20-21
• 1.3.3 K_(1/2)Na_(1/2)NbO_3基无铅压电陶瓷21-22
• 1.3.4 钨青铜结构无铅压电陶瓷22-24
• 1.3.5 铋层状结构无铅压电陶瓷24-25
• 1.4 BCZT无铅压电陶瓷的研究现状25-28
• 1.4.1 改变Ca或Zr的含量26
• 1.4.2 掺杂改性26-27
• 1.4.3 工艺改进27-28
• 1.5 本课题研究内容28-29
• 第二章 无铅压电陶瓷制备与表征方法29-35
• 2.1 无铅压电陶瓷的制备过程29-31
• 2.2 实验药品与实验仪器31-33
• 2.2.1 实验药品31-32
• 2.2.2 实验仪器32-33
• 2.3 性能表征33-35
• 2.3.1 结构与形貌分析33
• 2.3.2 性能测试33-35
• 第三章 Nd_2O_3掺杂对(Ba_(0.85)Ca_(0.15))(Ti_(0.9)Zr_(0.1))O_3无铅压电陶瓷性能的影响35-43
• 3.1 引言35
• 3.2 Nd_2O_3掺杂量对(Ba_(0.85)Ca_(0.15))(Ti_(0.9)Zr_(0.1))O_3陶瓷物相结构的影响35-36
• 3.3 Nd_2O_3掺杂量对(Ba_(0.85)Ca_(0.15))(Ti_(0.9)Zr_(0.1))O_3陶瓷表面形貌的影响36-37
• 3.4 Nd_2O_3掺杂量对(Ba_(0.85)Ca_(0.15))(Ti_(0.9)Zr_(0.1))O_3陶瓷密度的影响37-38
• 3.5 Nd_2O_3掺杂量对(Ba_(0.85)Ca_(0.15))(Ti_(0.9)Zr_(0.1))O_3陶瓷压电和介电性能的影响38-40
• 3.6 Nd_2O_3掺杂量对(Ba_(0.85)Ca_(0.15))(Ti_(0.9)Zr_(0.1))O_3陶瓷居里温度的影响40-41
• 3.7 本章小结41-43
• 第四章 Co_2O_3掺杂对(Ba_(0.85)Ca_(0.15))(Ti_(0.9)Zr_(0.1))O_3无铅压电陶瓷性能的影响43-51
• 4.1 引言43
• 4.2 Co_2O_3掺杂量对(Ba_(0.85)Ca_(0.15))(Ti_(0.9)Zr_(0.1))O_3陶瓷物相结构的影响43-44
• 4.3 Co_2O_3掺杂量对(Ba_(0.85)Ca_(0.15))(Ti_(0.9)Zr_(0.1))O_3陶瓷表面形貌的影响44-45
• 4.4 Co_2O_3掺杂量对(Ba_(0.85)Ca_(0.15))(Ti_(0.9)Zr_(0.1))O_3陶瓷密度的影响45-46
• 4.5 Co_2O_3掺杂量对(Ba_(0.85)Ca_(0.15))(Ti_(0.9)Zr_(0.1))O_3陶瓷压电和介电性能的影响46-48
• 4.6 Co_2O_3掺杂量对(Ba_(0.85)Ca_(0.15))(Ti_(0.9)Zr_(0.1))O_3陶瓷居里温度的影响48-49
• 4.7 本章小结49-51
• 第五章 Bi_2O_3掺杂对(Ba_(0.85)Ca_(0.15))(Ti_(0.9)Zr_(0.1))O_3无铅压电陶瓷性能的影响51-58
• 5.1 引言51
• 5.2 Bi_2O_3掺杂量对(Ba_(0.85)Ca_(0.15))(Ti_(0.9)Zr_(0.1))O_3陶瓷物相结构的影响51-52
• 5.3 Bi_2O_3掺杂量对(Ba_(0.85)Ca_(0.15))(Ti_(0.9)Zr_(0.1))O_3陶瓷表面形貌的影响52-53
• 5.4 Bi_2O_3掺杂量对(Ba_(0.85)Ca_(0.15))(Ti_(0.9)Zr_(0.1))O_3陶瓷密度的影响53-54
• 5.5 Bi_2O_3掺杂量对(Ba_(0.85)Ca_(0.15))(Ti_(0.9)Zr_(0.1))O_3陶瓷压电和介电性能的影响54-56
• 5.6 Bi_2O_3掺杂量对(Ba_(0.85)Ca_(0.15))(Ti_(0.9)Zr_(0.1))O_3陶瓷居里温度的影响56-57
• 5.7 本章小结57-58
• 第六章 BiFeO_3掺杂对(Ba_(0.85)Ca_(0.15))(Ti_(0.9)Zr_(0.1))O_3无铅压电陶瓷性能的影响58-66
• 6.1 引言58
• 6.2 BiFeO_3掺杂量对(Ba_(0.85)Ca_(0.15))(Ti_(0.9)Zr_(0.1))O_3陶瓷物相结构的影响58-60
• 6.3 BiFeO_3掺杂量对(Ba_(0.85)Ca_(0.15))(Ti_(0.9)Zr_(0.1))O_3陶瓷表面形貌的影响60-61
• 6.4 BiFeO_3掺杂量对(Ba_(0.85)Ca_(0.15))(Ti_(0.9)Zr_(0.1))O_3陶瓷密度的影响61-62
• 6.5 BiFeO_3掺杂量对(Ba_(0.85)Ca_(0.15))(Ti_(0.9)Zr_(0.1))O_3陶瓷压电和介电性能的影响62-63
• 6.6 BiFeO_3掺杂量对(Ba_(0.85)Ca_(0.15))(Ti_(0.9)Zr_(0.1))O_3陶瓷居里温度的影响63-65
• 6.7 本章小结65-66
• 第七章 Li_2CO_3掺杂对(Ba_(0.85)Ca_(0.15))(Ti_(0.9)Zr_(0.1))O_3无铅压电陶瓷性能的影响66-73
• 7.1 引言66
• 7.2 Li_2CO_3掺杂量对(Ba_(0.85)Ca_(0.15))(Ti_(0.9)Zr_(0.1))O_3陶瓷物相结构的影响66-67
• 7.3 Li_2CO_3掺杂量对(Ba_(0.85)Ca_(0.15))(Ti_(0.9)Zr_(0.1))O_3陶瓷表面形貌的影响67-68
• 7.4 Li_2CO_3掺杂量对(Ba_(0.85)Ca_(0.15))(Ti_(0.9)Zr_(0.1))O_3陶瓷密度的影响68-69
• 7.5 Li_2CO_3掺杂量对(Ba_(0.85)Ca_(0.15))(Ti_(0.9)Zr_(0.1))O_3陶瓷压电和介电性能的影响69-70
• 7.6 Li_2CO_3掺杂量对(Ba_(0.85)Ca_(0.15))(Ti_(0.9)Zr_(0.1))O_3陶瓷居里温度的影响70-72
• 7.7 本章小结72-73
• 第八章 实验结果与展望73-75
• 8.1 结论73-74
• 8.2 对今后工作的展望74-75
• 参考文献75-81
• 致谢81-82
• 研究生期间发表论文82

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 尹奇异,赁敦敏,肖定全,朱建国,余萍;无铅压电陶瓷及其应用研究[J];金属功能材料;2004年06期

2 王震平;李国祥;;无铅压电陶瓷材料的研究现状[J];内蒙古石油化工;2008年22期

3 陆雷;肖定全;田建华;朱建国;;无铅压电陶瓷薄膜的制备及应用研究[J];功能材料;2009年05期

4 段星;;无铅压电陶瓷制备方法的研究进展[J];江苏陶瓷;2009年04期

5 赁敦敏,肖定全,朱建国,余萍,鄢洪建;铋层状结构无铅压电陶瓷的研究与进展——无铅压电陶瓷20年发明专利分析之三[J];功能材料;2003年05期

6 马麦霞,吕忆农,卢都有,范磊,许旱峤,薛万荣;无铅压电陶瓷的研究进展[J];现代技术陶瓷;2003年01期

7 张卫珂,尹衍升,张敏,谭训彦;无铅压电陶瓷的开发及目前研究现状[J];中国陶瓷工业;2005年05期

8 朱华;江毅;;无铅压电陶瓷的研究与展望[J];中国陶瓷;2006年12期

9 伍萌佳;杨群保;李永祥;;织构化工艺在无铅压电陶瓷中的应用[J];无机材料学报;2007年06期

10 张雷;沈建兴;李传山;董金美;马元;闫春蕾;;无铅压电陶瓷制备方法的研究进展[J];硅酸盐通报;2007年05期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 马晴;李全禄;张晴;梁盛德;李晓娟;;无铅压电陶瓷材料的研究[A];第二届全国压电和声波理论及器件技术研讨会摘要集[C];2006年

2 张卫珂;尹衍升;张敏;谭训彦;;无铅压电陶瓷的开发及目前研究现状[A];《现代陶瓷科技进步与发展》学术研讨会论文集[C];2005年

3 郑曙;肖少泉;;无铅压电陶瓷研发中的电子探针分析[A];2006年全国电子显微学会议论文集[C];2006年

4 庄志强;黄浩源;莫卿具;;无铅压电陶瓷的研究与应用[A];中国电子学会第十五届电子元件学术年会论文集[C];2008年

5 刘代军;杜红亮;唐福生;罗发;周万城;;氧化铋掺杂对铌酸钾钠无铅压电陶瓷性能的影响[A];《硅酸盐学报》创刊50周年暨中国硅酸盐学会2007年学术年会论文摘要集[C];2007年

6 褚祥诚;邬军飞;李龙土;钟亮;赵世玺;;熔盐法制备KNLNTS无铅压电陶瓷及其应用[A];第三届全国压电和声波理论及器件技术研讨会论文集[C];2008年

7 李秋红;周桃生;徐玲芳;马海峰;;无铅压电陶瓷NBT的极化条件研究[A];湖北省物理学会、武汉物理学会成立70周年庆典暨2002年学术年会论文集[C];2002年

8 杜鹃;王矜奉;苏文斌;亓鹏;明保全;郑立梅;;低锂NKN基无铅压电陶瓷性能研究[A];中国电子学会第十五届电子元件学术年会论文集[C];2008年

9 徐祥宁;刘军;陈彩风;陈萍;;水热法制备NBBT无铅压电陶瓷粉体的研究[A];第三届全国压电和声波理论及器件技术研讨会论文集[C];2008年

10 黄新友;朱志雯;高春华;花海堂;;钡的含量对低温烧结BCTZ-0.2Li无铅压电陶瓷性能的影响[A];第十七届全国高技术陶瓷学术年会摘要集[C];2012年

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 ;推行电子陶瓷无铅化刻不容缓[N];中国电子报;2006年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 王媛玉;铌酸钾钠基无铅压电陶瓷相界构建及微观形貌调控的研究[D];浙江大学;2016年

2 亓鹏;掺杂改性对铌酸盐无铅压电陶瓷材料性能的影响[D];山东大学;2008年

3 杜鹃;无铅压电陶瓷性能和温度稳定性的研究[D];山东大学;2009年

4 吴玲;碱金属铌酸盐无铅压电陶瓷的物性研究[D];山东大学;2008年

5 郑立梅;铌酸钾钠基无铅压电陶瓷改性研究[D];山东大学;2010年

6 周佳骏;铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的相结构和性能调控[D];清华大学;2012年

7 盖志刚;钛酸铋钠无铅压电陶瓷与高温铋层无铅压电陶瓷探索[D];山东大学;2008年

8 朱立峰;高性能钛酸钡基无铅压电陶瓷的相结构调控及性能增强机理[D];北京科技大学;2015年

9 范桂芬;钛酸铋钠基多元无铅压电陶瓷的结构及性能研究[D];华中科技大学;2007年

10 庞旭明;铌酸盐无铅压电陶瓷烧结特性及压电性能研究[D];南京航空航天大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 廖庆佳;铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的制备及改性研究[D];广西大学;2015年

2 郭霄峰;水热法制备BNT无铅压电陶瓷及性能研究[D];北京理工大学;2015年

3 黄小琴;掺杂改性对BCZT基无铅压电陶瓷结构与电学性能的影响[D];贵州大学;2015年

4 岳青影;钛酸钡基铁电陶瓷材料的老化研究[D];宁波大学;2015年

5 韦永彬;稀土掺杂铌酸钾钠基无铅压电陶瓷光流明性能研究[D];浙江师范大学;2015年

6 奉伟;多元素掺杂铌酸钾钠基无铅压电陶瓷结构与性能研究[D];中国地质大学;2015年

7 巩雪;铈钛酸钡钙无铅压电陶瓷的介电压电性质及其制冷应用[D];南京大学;2014年

8 刘奕君;铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的制备及其性能研究[D];景德镇陶瓷学院;2015年

9 欧阳宇星;BCTZ无铅压电陶瓷的制备与性能研究[D];景德镇陶瓷学院;2015年

10 王青山;铁酸铋基高性能无铅压电陶瓷的制备及性能调控研究[D];北方工业大学;2016年

  本文关键词：锆钛酸钡钙无铅压电陶瓷的制备及掺杂改性的研究，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：373035