收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3基无铅压电陶瓷的制备、结构与电性能研究

李月明  
【摘要】:钛酸铋钠((Na_(0.5)Bi_(0.5))TiO_3,简称NBT)是一类钙钛矿型的A位离子复合取代铁电体,其居里温度为320℃,在室温下具有很强的铁电性,被认为是无铅压电陶瓷最有希望的候选材料之一。本论文采用传统电子陶瓷方法制备了NBT基无铅陶瓷,系统研究了材料的合成条件与制备工艺、结构与压电性能的关系,分析了NBT基陶瓷压电性能与材料的组成、结构之间的联系,并结合实验结果探讨了NBT基陶瓷的介电驰豫特性、相变特性以及材料的铁电性质及其对材料压电性能的影响与作用规律。 (1) ①通过研究粉体的合成温度对晶体结构和压电性能的影响,发现(1-x)Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_(3-x)K_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3((1-x)NBT-xKBT)体系粉体的合成温度随取代量KBT的增加而降低,合适的合成温度在850~900℃范围内。陶瓷的烧结温度在1160~1175℃,保温时间2~6小时。(1-y)Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_(3-y)BaTiO_3((1-y)NBT-yBT)体系粉体的合成温度则随BaTiO3含量的增加而提高,合适的合成温度在850~950℃之间;②极化工艺条件对NBT-KBT体系陶瓷压电性能影响的研究,发现极化电场强度和极化温度对陶瓷的压电性能有较大的影响,而极化时间的影响相对较小。适宜的极化电场是3~3.5kV/mm,极化温度70~80℃,极化时间为10~15min。 (2) (1-x)NBT-xKBT体系无铅压电陶瓷:①XRD测试表明在x=0.16~0.20范围内陶瓷具有三方、四方相共存的晶体结构,为该体系的准同型相界。x=0.20时陶瓷的最佳压电常数d_(33)=122pC/N,机电耦合系数k_p为28.5%。②KBT的取代使材料的驰豫特性更加明显,且随KBT含量的增加,材料的驰豫性增强。采用修正的居里—外斯定理可以较好地描述材料的驰豫特性。③分析测试了该体系的介电温谱和变温XRD,发现该体系组成具有三方或三方、四方共存相结构的材料,在升温过程中发生三方铁电—四方反铁电相变和四方反铁电—四方顺电相变。组成为四方相时升温过程中发生反铁电宏畴—反铁电微畴以及反铁电—顺电相的转变。④通过该体系不同组成的电滞回线测试,发现了具有四方晶体结构组成的材料在室温下为反铁电体,采用拉曼光谱初步验证了反铁电体存在的可能性。这些四方结构的反铁电体极化后并没有压电性能,但紧靠准同型相界的四方结构组成,在强外电场作用下能够诱发出反铁电—铁电相交,从而具有压电性能。具有三方或三方、四方共存晶体结构的组成,室温下材料均为铁电体,极化后具有压电性能。 (3) (1-y)NBT-yBT体系无铅压电陶瓷:①该体系的准同型相界组成范围在y=0.06~0.10之间,陶瓷的最高压电常数d_(33)=137 pC/N(y=0.10),机电耦合系 武汉理工大学娜士学位论文 数气=28.6%(y=0.06).②该体系具有与(l-x)NBT- xKBT不同的驰豫特性,少 t的B扩+离子取代对材料的驰豫特性形响不大,但当取代t户0.10时,含t较 高且具有较大离子半径的Baz+离子逐渐抑制了A位离子的无序分布状态,形成 了A,:A“=卜l的有序结构,从而使材料由驰像铁电体转变为正常一驰豫铁电体. ③侧试了该体系的组成与铁电特性的关系,发现该体系任何组成的陶瓷室温下均 是铁电体,极化后具有压电性能。 (4)研究了NBT-KBT-BT三元体系中的两个子体系陶瓷的性能:①获得了 压电性能更为优异的准同型相界组成,并根据这些准同型相界的组成范围,初步 得出了三元体系NBT.KBT一BT的准同型相界的组成相图,为进一步研究具有优 良压电性能的该三元体系的压电陶瓷组成提供参考。其中对于(1一sm)NBT- 4用KBT一mBT,其准同型相界在m=0.024刁.030之间,最佳压电性能参数丙3= 14外c加伽阅.030),称=28.2%(用=。.028);对(l一3n)NBT·ZnKBT一nBT,其准同型 相界在n=0.025一0.035之间,最佳压电性能参数在n=0.035时同时达到极大值, 分别是姚3=150PC加,称二29.8%.②三元体系材料的驰豫特性取决于B扩+离子 的取代t,BaZ十离子取代量愈高,材料愈容易从驰豫铁电体转变为正常一驰豫铁 电体.③组成与铁电特性的关系表明三元体系陶瓷具有与(1一)NBT一KBT相似 的铁电性质,即四方结构的组成为反铁电体而不具有压电性能,紧靠准同型相界 的组成在外电场诱导下发生反铁电一铁电相变而具有压电性能。 (5)以Na0.44K0.06Bi0.5五03倒KBT12)为基础掺杂一定t的CeoZ和s场03均不 会改变材料的三方晶体结构,但掺杂后晶胞体积有不同程度的增加.掺杂后的陶 瓷在一定掺杂t范围内能提高陶瓷的压电常数、介电常数和介电损耗,降低平面 机电藕合系数,均具有“软硬双性”添加物的作用.两种掺杂离子都能改善压电陶 瓷的温度稳定性。 关健词:钦酸秘钠,钦酸锡钾,钦酸钡,无铅压电陶瓷,钙钦矿,驰豫铁电体


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 吴浪;肖定全;赁敦敏;朱建国;余萍;李香;孙勇;庄严;魏群;;LiTaO_3掺杂对K_(0.5)Na_(0.5)NbO_3基无铅压电陶瓷性能的影响[J];功能材料;2007年11期
2 余洪杰;丁德芳;严春杰;王戈明;;Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3陶瓷压电性能的实验研究[J];中国陶瓷;2009年10期
3 周歧发;周黎明;罗亚民;;锆钛酸铅材料的Sol-Gel工艺合成及其电性能研究[J];西安工业大学学报;1993年03期
4 包定华,张良莹,姚熹;薄膜压电性能的测量方法[J];硅酸盐通报;1999年03期
5 陈志武;卢振亚;;掺Sr改性Bi_(0.5)(Na_(0.8)K_(0.2))_(0.5)TiO_3无铅压电陶瓷的微观结构和性能研究[J];稀有金属材料与工程;2007年S1期
6 戴雷;胡珊;郑辉;王少博;;0-3型PZN-PZT/PVDF压电复合材料的制备工艺条件优化[J];材料科学与工程学报;2008年02期
7 强亮生,徐崇泉,韦永德;LiNbO_3晶体掺杂改性的研究[J];黑龙江大学自然科学学报;2001年03期
8 张利民;张波萍;李敬锋;丁晓年;张海龙;;Ag~+掺杂Na_(0.5)K_(0.5)NbO_3无铅压电陶瓷的无压烧结及性能研究[J];稀有金属材料与工程;2007年S1期
9 曹林洪;姚熹;徐卓;;锂盐助烧铌镁酸铅-钛酸铅陶瓷的压电性能[J];硅酸盐学报;2008年06期
10 张昌松;郭晨洁;党新安;杨立军;;RTGG法制备(Na_(0.84)K_(0.16))_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3无铅压电织构陶瓷的研究[J];材料工程;2010年03期
11 孙玉芳;李坤;方必军;陈智慧;;钡钙锶共掺杂钛酸铋钠无铅压电陶瓷的制备及性能[J];江苏工业学院学报;2010年01期
12 李月明;汪靓;江良;沈宗洋;王竹梅;洪燕;廖润华;;钠过量对K_(0.49)Na_xNbO_3陶瓷结构及其性能的影响[J];硅酸盐通报;2011年01期
13 蒲红玉;廖运文;毛丽君;刘育芳;李伟;;BNKT-xLaFeO_3压电陶瓷的性能与微结构[J];广州化工;2011年07期
14 权红英;谢小林;董丽杰;熊传溪;;共聚尼龙/PZT复合材料的压电和介电性能研究[J];电子元件与材料;2011年08期
15 刘涛,孙清池,左孝杰;组成对PMN-PNN-PZT系压电陶瓷性能的影响[J];硅酸盐通报;2003年02期
16 董丽杰,熊传溪,刘晓芳,杨剑,权红英;PbTiO_3/PVDF复合材料介电性能及压电性能研究[J];武汉理工大学学报;2003年11期
17 廖梅松;陈文;徐庆;周静;李月明;;钛酸铋钠-钛酸钡系无铅压电陶瓷的压电性能[J];压电与声光;2005年06期
18 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[J];硅酸盐学报;2007年09期
19 刘代军;杜红亮;唐福生;罗发;周万城;屈绍波;;铋掺杂对(Na_(0.5)K_(0.5))NbO_3无铅压电陶瓷性能的影响[J];稀有金属材料与工程;2007年S1期
20 段星;黄焱球;刘甜甜;;BNBMT无铅压电陶瓷的制备及性能研究[J];佛山陶瓷;2009年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 罗大兵;郝华;刘韩星;李艳锋;欧阳世翕;;影响0-3型复合材料压电性能的因素分析[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅲ[C];2004年
2 忻隽;郑燕青;孔海宽;陈辉;涂小牛;曾一明;施尔畏;;Ca_3TaAl_3Si_2O_(14)晶体的理论和实验研究[A];第15届全国晶体生长与材料学术会议论文集[C];2009年
3 李伟;徐志军;初瑞清;;(1-x)Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3-xBaTiO_3压电陶瓷的制备及其性能研究[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(2)[C];2007年
4 徐志军;初瑞清;;压电陶瓷Ca_xSr_((1-x))Bi_4Ti_4O_(15)的制备及其性能研究[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(2)[C];2007年
5 郝继功;徐志军;初瑞清;;柠檬酸法制备(K_(1/2)Na_(1/2))NbO_3无铅压电陶瓷及其性能研究[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(2)[C];2007年
6 杨祖培;常云飞;刘冰;魏灵灵;李晓蕊;;(K_(0.5)Na_(0.5))NbO_3无铅压电陶瓷性能的研究[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(下册)[C];2006年
7 陈飞;胡南;丁恩勇;杨治中;;ZnO/PVDF压电复合材料的制备及其性能研究[A];中国声学学会功率超声分会2005年学术会议论文集[C];2005年
8 王燕;陈文;周静;徐庆;李月明;孙华君;廖梅松;;钛酸铋钠的水热合成与表征[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅲ[C];2004年
9 周昌荣;刘心宇;;铈和镧掺杂对(Bi_(1/2)Na_(1/2))_(0.94)Ba_(0.06)TiO_3压电陶瓷性能的影响[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(2)[C];2007年
10 孔海宽;郑燕青;忻隽;陈辉;涂小牛;曾一明;施尔畏;;LGS和LGT晶体生长与性能表征[A];第15届全国晶体生长与材料学术会议论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李月明;Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3基无铅压电陶瓷的制备、结构与电性能研究[D];武汉理工大学;2004年
2 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
3 罗大兵;0-3型压电复合材料D_(33)的数值分析与材料优化制备[D];武汉理工大学;2004年
4 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
5 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
6 郝华;铋层状SrBi_4Ti_4O_(15)压电陶瓷的制备与性能研究[D];武汉理工大学;2004年
7 刘海涛;PZT压电陶瓷纳米晶粉体合成及掺杂改性研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
8 陈新亮;氧化物添加剂对组成在MPB附近的(Na_(0.5)Bi_(0.5))_(1-x)Ba_xTiO_3陶瓷结构和电学性能的影响[D];武汉理工大学;2006年
9 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
10 陈建国;铁酸铋—钛酸铅多铁性固溶体的掺杂改性及性能表征[D];上海大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨莉莉;双晶片用PZT-PZN-PNN系压电陶瓷材料的电性能和温度稳定性研究[D];陕西师范大学;2008年
2 宗喜梅;高性能PZT基压电陶瓷材料的制备与电性能研究[D];陕西师范大学;2006年
3 蒋小强;丁腈橡胶压电复合材料制备及其性能研究[D];北京化工大学;2008年
4 吕应刚;基于铌钽酸钾钠陶瓷的压电变压器的研究[D];山东大学;2008年
5 李蕊;PA11/PVDF合金材料的制备和电性能的研究[D];武汉理工大学;2007年
6 杨雄;KNBT陶瓷纤维/环氧树脂1-3复合材料的制备及性能研究[D];武汉理工大学;2008年
7 李慧;PZT-PMS-PZN四元系压电陶瓷材料的制备与电性能研究[D];陕西师范大学;2006年
8 刘培祥;PMN-PNN-PZT体系压电陶瓷的性能和掺杂改性研究[D];天津大学;2007年
9 周华;锶、铁、钙等离子掺杂锆钛酸铅(PZT)系压电陶瓷结构和性能的研究[D];天津大学;2005年
10 倪海民;无铅/少铅压电材料的制备与压电性能研究[D];宁波大学;2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 鸣琦;西安交大无铅压电材料研究取得重大突破[N];陕西日报;2009年
2 周忠华;稀土——精细陶瓷的理想改性材料[N];广东建设报;2005年
3 驻陕记者 韩宏;新型无铅压电材料研发成功[N];文汇报;2009年
4 丁翔华 苏循娟 尚桂汝;硅元陶瓷:山东馆高科技代表元素[N];淄博日报;2010年
5 翟边;高技术 高品质[N];国际经贸消息;2002年
6 陶士;高技术产品空间大[N];中国商报;2001年
7 小龙;压电陶瓷材料[N];广东建设报;2003年
8 孟昭敏;高技术陶瓷[N];科技日报;2000年
9 ;钨青铜结构偏铌酸铅高温陶瓷的制备工艺[N];中国有色金属报;2003年
10 北京联合荣大工程材料有限责任公司专家组;耐火新材料为钢铁生产排忧解难[N];中国冶金报;2006年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978