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Bi的非化学计量对(Na_(0.5)Bi_(0.5))_(0.93)Ba_(0.07)TiO_3压电陶瓷结构和电学性能的影响

徐苏龙  
【摘要】:钛酸铋钠((Na_(0.5)Bi_(0.5))TiO_3,简称NBT)是一种A位复合钙钛矿结构铁电体,其居里温度T_c为320℃,在室温下具有很强的铁电性(P_r=38μC/cm~2),是当前无铅压电陶瓷很有希望的候选材料之一。本论文采用柠檬酸盐法合成和制备了A位Bi非化学计量的(Na_(0.5)Bi_(0.5))_(0.93)Ba_(0.07)TiO_3体系陶瓷,探讨了柠檬酸盐法的合成机理,研究了Bi的非化学计量对(Na_(0.5)Bi_(0.5))_(0.93)Ba_(0.07)TiO_3陶瓷的结构和电学性能的影响,分析了Bi非化学计量的(Na_(0.5)Bi_(0.5))_(0.93)Ba_(0.07)TiO_3体系陶瓷的压电性能与组成、结构之间的关系,并结合实验结果探讨了该体系陶瓷的相变特性。研究该体系陶瓷的铁电本质对压电性能的影响。 采用柠檬酸盐法合成名义组成为(Na_(0.5)Bi_(0.5±x))_(0.93)Ba_(0.07)TiO_3(x=0~1.0%)体系粉体。通过实验研究分析了柠檬酸盐法的合成机理,从合成机理出发改进和完善了柠檬酸盐法的合成工艺,确定了合适的合成工艺条件,并制备出(Na_(0.5)Bi_(0.5±x))_(0.93)Ba_(0.07)TiO_3(x=0~1.0%)体系超细粉体。 研究了(Na_(0.5)Bi_(0.5+x))_(0.93)Ba_(0.07)TiO_3(x=0~1.0%)体系的晶体结构、显微结构和电学性能。研究结果表明,在(Na_(0.5)Bi_(0.5))_(0.93)Ba_(0.07)TiO_3陶瓷的A位引入过化学计量的Bi后,随着Bi含量的增加,陶瓷样品的晶体结构和显微结构变化不大。与(Na_(0.5)Bi_(0.5))_(0.93)Ba_(0.07)TiO_3相比,Bi过量并没有改善陶瓷的压电性能。当富Bi量较低(x≤0.6%)时,陶瓷样品的压电常数d_(33)和机电耦合常数k_p随富Bi量的增加呈现出缓慢降低的趋势。当富Bi量较高(x0.6%)时,随着富Bi量的增加,陶瓷样品的压电常数d_(33)和机电耦合常数k_p急剧减小。富Bi使陶瓷样品的介电损耗tanδ增加,机械品质因子Q_m下降。当x≤0.4%时陶瓷样品具有饱和的电滞回线,而当x0.4%时陶瓷样品的电滞回线出现明显变形。此外,富Bi还使陶瓷样品的退极化温度降低。 研究了(Na_(0.5)Bi_(0.5-x))_(0.93)Ba_(0.07)TiO_3(x=0~1.0%)体系的晶体结构、显微结构和电学性能。研究结果表明,当(Na_(0.5)Bi_(0.5))_(0.93)Ba_(0.07)TiO_3陶瓷的A位存在Bi的缺化学计量时,随着缺Bi量的增加,陶瓷样品的晶体结构出现了明显畸变,显微结构发生明显变化,晶粒粒度和形状都出现了明显改变。在x≤0.8%时,随着缺Bi量的增加,压电常数d_(33)明显下降,但是机电耦合常数k_p和机械品质因数Q_m有比较明显的提高,介质损耗tanδ也有所下降。同时缺Bi还使陶瓷样品的矫顽场明显上升。在温度达到120℃时,除了x=0和x=0.2%的陶瓷样品外,其它陶瓷样品的电滞回线未出现变形现象,这些变化规律与富Bi对(Na_(0.5)Bi_(0.5))_(0.93)Ba_(0.07)TiO_3陶瓷的影响有着明显的区别。 本论文的研究结果表明,对于准同型相界附近的(Na_(0.5)Bi_(0.5))TiO_3-BaTiO_3组成,准确控Bi的化学计量对于获得具有优良铁电性能和压电性能的陶瓷样品具有重要的作用。


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