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钛酸铋钠基压电陶瓷制备及性质研究

王晓颖  
【摘要】:钛酸铋钠(Na_(0.5)Bi_(0.5))TiO_3(简写为NBT)是一种钙钛矿结构的弛豫型铁电体,居里温度为320℃,室温下为铁电三方相,自发极化强度为38μC/cm~2。由于钛酸铋钠有很强的铁电性和较高的居里温度,所以近年来得到了广泛的研究,被认为是最有希望的无铅压电陶瓷材料之一。本论文中分别用固相反应法和溶胶-凝胶法制备了NBT基无铅压电陶瓷,并对其显微结构、介电性和铁电性进行了细致的研究,得到了性能优良的陶瓷配方。本文中选取的研究对象为(Bi_(0.95)Na_(0.75)K_(0.2-x)Li_x)_(0.5)TiO_3Ba_(0.05)TiO_3(简写为NBT-KBT-BT+xLi)。 (1)通过对固相反应法制备的NBT-KBT-BT+xLi系列无铅陶瓷的研究,了解到锂掺杂后的陶瓷样品在1155℃能够很好的烧结成瓷,并且陶瓷晶粒尺寸随着锂含量的增多而增大。该系列样品的介电温谱表明该系列陶瓷是典型的弛豫型铁电体,在300-350℃温区,陶瓷的介电常数达到最大值,并且随着锂含量的增加,介电常数峰值温度Tm逐渐增大。电滞回线和压电常数的测量表明,x=0.05时陶瓷具有最大的剩余极化强度Pr=36μC/cm~2和最大的压电常数d_(33)=188pC/N,此时样品的矫顽场为Ec=2.6 kV/mm。 (2)溶胶-凝胶法制备的NBT-KBT-BT+xLi系列无铅陶瓷样品的烧结温度稍有降低,在1145℃就能够很好的烧结成瓷。与固相反应法制备的陶瓷样品相比,溶胶-凝胶法制备的陶瓷样品晶粒尺寸有所变大,而且从电镜照片中观察到很多棒状结构,随着锂含量的增多,棒状结构有逐渐增多、增粗的趋势,这可能是Li~+的引入在陶瓷中产生了杂相引起的。同样,介电温谱表明该系列陶瓷是典型的弛豫型铁电体。与传统方法制备的样品相比,此时该系列陶瓷的剩余极化强度和矫顽场有所降低,x=0.05时陶瓷具有最大的剩余极化强度Pr=24.5μC/cm~2和最小的矫顽场Ec=1.1kV/mm,此时样品具有最大的压电常数d_(33)=197pC/N。 (3)最后,用过渡金属氧化物Co_2O_3、MnCO_3和CuO对固相反应法中所得到的剩余极化强度和压电常数最大的NBT-KBT-BT+0.05Li陶瓷进行了改性研究。研究结果表明,掺杂Co_2O_3促进了陶瓷晶粒的生长,1160℃烧结的样品的平均粒径达到6μm,而且介电损耗也只有原来的20%,但同时样品的压电常数也从188pC/N降低到了120~135pC/N。掺杂MnCO_3严重的影响了


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