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钛酸钡基无铅压电陶瓷的研究

郭晓赞  
【摘要】:由于钛酸钡具有较高的压电常数、较好的温度稳定性,钛酸钡基压电陶瓷是最早应用于工业领域的压电材料,且一直沿用至今。 在现代工业体系中,铅基压电陶瓷已占了大部分市场,这是因为钛酸钡存在着一些本身的制约因素,而铅基压电陶瓷有着更好的压电性能和更高的居里温度等,被广泛用于各类电子器件中。但含铅的压电材料对环境和人类健康都产生了很大的危害,发展无铅压电陶瓷的研究是一项紧迫且意义重大的任务,已引起各国学者的广泛关注。针对无铅压电陶瓷的发展现状,本论文将对钛酸钡基无铅压电陶瓷进行研究。 对于xBiFeO_3–(1-x)BaTiO_3系统,XRD结果证明2–8 mol% BiFeO_3可以进入BaTiO_3晶格内形成单相,晶体结构逐渐由四方相转变为立方相。SEM扫描电子显微照片显示了陶瓷的晶粒规则且致密,并随着BiFeO_3掺杂量的增多而变小。我们测试了陶瓷的介电常数–温度特性(25到200℃),表明相变温度随着BiFeO_3的增多向低温移动,当x = 0.08时居里温度移到室温以下。对于样品x = 0.02和x = 0.07,色散系数γ分别为1.21和1.29,说明BiFeO_3掺杂会加强弛豫现象。 本文拟采用增加内应力的方式提高BaTiO_3的居里温度。将堇青石和玻璃共同掺入钛酸钡中,堇青石用于在钛酸钡陶瓷的晶粒间产生内应力,而玻璃用于降低钛酸钡的烧结温度,防止高温下堇青石和其它材料发生反应。利用溶胶-凝胶法分别制备堇青石和玻璃粉体,设计了三组不同的配方,分别为5wt%G-5v%C-95v%BT、5wt%G-10v%C-90v%BT和5wt%G-15v%C-85v%BT,测试了30℃到200℃的介电性能,由结果可知,当掺杂重量比为5%的玻璃、体积比为10%的堇青石时得到的钛酸钡居里温度最高,比纯BaTiO_3提高了5.2℃。


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