收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

钛酸铋钠基无铅压电陶瓷的制备与性能研究

赵亚  
【摘要】:钛酸铋钠Bi0.5Na0.5TiO3 (BNT)基压电陶瓷作为一种A位离子复合取代的钙钛矿型铁电体,目前正受到广泛研究,被认为是最有潜力的无铅材料体系之一。本文采用传统固相烧结方法制备陶瓷样品,借助现代测试与分析技术,系统地研究了制备工艺、取代改性以及加入第三元组分等因素对BNT基陶瓷材料物相结构、显微组织和压电、介电性能的影响。 首先制备了(1-x) Bi0.5Na0.5TiO3-xBaTiO3 (BNT-BT)二元系无铅压电陶瓷,研究了烧成工艺以及BaTiO3 (BT)组分变化对BNT-BT陶瓷样品相结构、显微组织以及压电、介电性能的影响规律。通过对试样微观形貌的观察,以及对密度、相结构和压电、介电性能的测试,得到了最佳烧成条件和综合性能最佳的准同型相界(Morphotropic Phase Boundary, MPB)附近的陶瓷配方。研究表明:(1)预烧温度较低时易产生杂相,不利于主晶相的合成,预烧温度过高时,样品较硬、粉碎困难,造成后面烧结时活性降低,不利于成瓷,合适的预烧温度有助于减少气孔和缺陷,使晶界明显、晶粒尺寸均匀;适当提高烧结温度,有利于提高陶瓷样品的致密度和电性能;对于BNBT6,850℃预烧、烧结温度为1160℃(保温2h)时陶瓷样品的性能较优。(2)X射线衍射(XRD)分析表明,离子半径较大的钡离子Ba2+部分取代钠离子Na+和铋离子Bi3+进入晶格中占据A位,均形成单一的钙钛矿结构固溶体,且使衍射峰向低角度方向偏移,这表明晶胞体积变大;扫描电镜(SEM)照片显示适量的Ba2+取代有助于细化晶粒,提高烧结性能和陶瓷的致密度;介电温谱曲线表明Ba2+能降低居里点处的介电常数峰值,使居里温度向低温方向偏移,提高介电常数,表现出典型的弛豫特性;随着BT含量的增加,d33、Kp和ε33T/ε0均先增大后减小,而tanδ呈先减小后增大的趋势。结合陶瓷的显微结构和电性能两个方面的因素,确定BT含量在x=0.06~0.10(mol)为该体系的准同型相界范围,三方相、四方相共存,呈现典型的弛豫特性,且x=0.06时,陶瓷样品0.94BNT-0.06BT (BNBT6)的综合性能较好,此时陶瓷的体积密度为5.664g/cm3,压电常数d33为120pC/N,相对介电常数ε33T/ε0为600,平面机电耦合系数Kp为0.202,介电损耗tanδ为2.1%、机械品质因数Qm为205。(3) BNBT6是一种弛豫性铁电陶瓷材料,机电耦合系数各向异性大,在超声领域有较好的应用前景。但随着BT的引入,退极化温度Td降低,使陶瓷的烧结温度变窄、温度稳定性变差,使该体系陶瓷的应用受到了影响。 其次,在BNBT6基础上分别引入钛酸铋锂(BLT)和钛酸铋钾Bi0.5K0.5TiO3(BKT),配方分别为:(0.94-x)BNT-0.06BT+xBLT和(0.94-y)BNT-0.06BT+yBKT,研究了BLT和BKT的含量变化对陶瓷相结构、微观形貌以及电性能的影响规律。研究表明:锂离子Li+和钾离子K+部分取代A位的钠离子Na+后,都能完全扩散到晶格中形成结构单一的钙钛矿型固溶体,锂离子Li+半径较Na+小,使衍射峰向高角度偏移,说明晶胞体积变小,而钾离子K半径较Na+大,使衍射峰向低角度偏移,表明晶胞体积变大;在所研究的组成范围内,所有的陶瓷样品大都较致密,气孔少,表现出良好的烧结性能,Li+含量较高时,晶体可能出现晶粒异常增大,这可能与Li+的引入能明显降低烧结温度这一特性有关。Li+的引入没有改变BNBT6的三方-四方准同型相界,随着Li+含量的增加相对介电常数ε33T/ε0和介质损耗tanδ呈现一直增大的趋势,压电常数d33和平面机电耦合系数KP的变化趋势都是先增大后减小,x为0.05时,1110℃烧结的样品压电常数达到最大,此时d33、KP、ε33T/ε0、tanδ分别为128pC/N、0.22、800、2.5%。K+的含量小时没有改变BNBT6的三方-四方准同型相界,但y等于0.09时晶体转变成四方相,ε33T/ε0、tanε、d33和Kp在相变时变化明显。适量的BLT和BKT固溶,有利于陶瓷压电性能的提高。但是三元体系的相变较为复杂,特别是BNT-BT-BKT的准同型相界还不确定,掺杂后的铁电弛豫特性还待研究,还需要进一步改进配方、优化工艺、完善数据,以期获得综合性能较为优异的BNT-BT-BLT和BNT-BT-BKT两个三元系无铅压电陶瓷。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 侯育冬,崔斌,高峰,杨祖培,田长生;(Na_(0.5)Bi_(0.5))TiO_3基无铅压电陶瓷研究进展[J];材料导报;2002年04期
2 赁敦敏,肖定全,朱建国,余萍,庄严;[(Bi_(1-x-y)La_x)Na_(1-y)]_(0.5)Ba_yTiO_3压电陶瓷的性能与微结构[J];电子元件与材料;2004年11期
3 廖润华;李月明;江向平;王竹梅;张玉平;;溶胶-凝胶法制备Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3-K_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3体系无铅压电陶瓷的研究(英文)[J];人工晶体学报;2008年03期
4 赁敦敏,肖定全,朱建国,余萍,庄严;Bi_(0.5)(Na_(1-x)K_x)_(0.5)TiO_3系陶瓷的压电性质与微观结构[J];电子元件与材料;2004年11期
5 张跃峰;雷新荣;李娇;张恒;孙涛;;Bi_(0.5)K_(0.5)TiO_3掺杂对0.945K_(0.5)Na_(0.5)NbO_3-0.045LiSbO_3无铅压电陶瓷结构性能的影响[J];中国陶瓷;2011年08期
6 周昌荣;刘心宇;杨桂华;袁昌来;杨华斌;;新型无铅压电陶瓷Bi_(0.5)(Na_(0.82)K_(0.18))_(0.5)Ti_O3-LiNbO_3的研究[J];航空材料学报;2009年04期
7 杨桂华;周昌荣;;新型无铅压电陶瓷BNKT-BiFeO_3的研究[J];压电与声光;2009年06期
8 赁敦敏,肖定全,朱建国,余萍,庄严;Bi_(0.5)(Na_(1-x-y)K_xLi_y)_(0.5)TiO_3陶瓷的介电性能与微观结构[J];电子元件与材料;2004年11期
9 周昌荣;刘心宇;杨桂华;袁昌来;江民红;;铋基无铅压电陶瓷Bi_(0.5)(Na_(0.82)K_(0.18))_(0.5)TiO_3-BiCrO_3的微观组织与电性能[J];中国有色金属学报;2009年07期
10 高峰;张昌松;王卫民;赵鸣;田长生;;(Na,K)_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3无铅压电陶瓷的结构与性能研究[J];材料工程;2006年10期
11 单召辉;刘心宇;周昌荣;;Bi_(1/2)Na_(1/2)TiO_3-Bi_(1/2)Na_(1/2)(Nb_(2/3)Zn_(1/3))O_3-BaTiO_3无铅陶瓷压电介电性能[J];桂林电子科技大学学报;2008年01期
12 杨桂华;周昌荣;;Bi基BNT-BKT-BiFeO_3陶瓷的准同型相界和电性能[J];电子元件与材料;2009年07期
13 韩权威;孙玉芳;李坤;陈王丽华;;钡铪共掺杂钛酸铋钠压电陶瓷制备及铁电性分析[J];常州大学学报(自然科学版);2010年04期
14 范桂芬;吕文中;汪小红;梁飞;;无铅压电陶瓷(Bi_(1/2)Na_(1/2))TiO_3-KNbO_3制备工艺研究[J];压电与声光;2007年05期
15 左如忠;李龙土;;具有新型准同型相界的多元系无铅压电陶瓷的研究[J];功能材料信息;2007年05期
16 王怀平;邓一兰;陈小明;毛丽君;廖运文;;Na_(0.4725)K_(0.4725+x)Li_(0.055)Nb_(1+x)O_3无铅压电陶瓷制备及性能研究[J];西华师范大学学报(自然科学版);2009年03期
17 陈志武;卢振亚;;Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3基无铅压电陶瓷设计与制备研究的新进展[J];硅酸盐学报;2006年12期
18 郭华;朱孔军;王秀峰;裘进浩;季宏丽;;水热合成无铅压电陶瓷粉体[J];材料导报;2010年01期
19 李国荣,赵苏串,张丽娜,王天宝,丁爱丽,殷庆瑞,董元丰,陶峰,张火荣;无铅压电陶瓷的晶格缺陷对压电性能影响研究[J];四川大学学报(自然科学版);2005年S1期
20 王孝平,赁敦敏,廖运文,吴浪,朱建国,肖定全;Bi_(0.5)(Na_(0.85)K_(0.15))_(0.5)TiO_3压电陶瓷溶胶-凝胶法制备技术研究[J];四川大学学报(自然科学版);2005年S1期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 周昌荣;刘心宇;;(Bi_(1/2)Na_(1/2))_(0.94)Ba_(0.06)TiO_3无铅压电陶瓷制备工艺研究[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
2 王矜奉;亓鹏;苏文斌;;高温(Na_(0.5)K_(0.5-x)Li_x)NbO_3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
3 周昌荣;刘心宇;;(Na_(1/2)Bi_(1/2))TiO_3无铅压电陶瓷的复合离子与补偿电价取代效应研究[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 王媛玉;梁翠翠;;非化学剂量比的(K_(0.5)Na_(0.5))_(1+x)NbO_3无铅压电陶瓷的制备和性能研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第3分册)[C];2010年
5 黄新友;高春华;魏敏先;陈志刚;;MnCO_3掺杂对NBT-KBT-BT无铅压电陶瓷性能和结构的影响[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第4分册)[C];2010年
6 王矜奉;郑立梅;;高Li高Sb铌酸钾钠基无铅压电陶瓷[A];中国电子学会第十六届电子元件学术年会论文集[C];2010年
7 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
8 王媛玉;吴家刚;肖定全;朱建国;吴浪;;(K_(0.54)Na_(0.46))NbO_3-LiSbO_3无铅压电陶瓷的电学性能与相结构[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
9 明保全;王矜奉;亓鹏;;高性能(Na_(0.52)K_(0.48-x))(Nb_(1-x-y)Ta_yO_3)-xLiSbO_3无铅压电陶瓷[A];中国电子学会第十四届电子元件学术年会论文集[C];2006年
10 盖志刚;王矜奉;苏文斌;亓鹏;杜鹃;明保全;郑立梅;;(1-y)[(Na_(0.96-x)K_xLi_(0.04))_(0.5)Bi_(0.5)]TiO_3-yBa(Zr_(0.055)Ti_(0.945))O_3无铅压电陶瓷的压电介电特性[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
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 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
2 江民红;KNN基无铅压电陶瓷的改性与机理研究[D];中南大学;2010年
3 李亚利;织构化铌酸盐系无铅压电陶瓷的制备和机理研究[D];上海交通大学;2012年
4 袁颖;功能陶瓷超微细粉体的制备及应用研究[D];电子科技大学;2005年
5 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
6 周昌荣;无铅压电陶瓷BNT-BKT-BiMeO_3(Me=Fe、Cr、Co)电性能及机理研究[D];中南大学;2008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 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
9 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
10 臧国忠;高压SnO_2压敏陶瓷研究及新型低压—高介压敏、无铅压电材料探索[D];山东大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 查萌;钛酸铋钠基无铅压电陶瓷的制备及其性能研究[D];南京航空航天大学;2010年
2 赵亚;钛酸铋钠基无铅压电陶瓷的制备与性能研究[D];陕西师范大学;2011年
3 徐敏;高性能无铅压电陶瓷的制备研究[D];上海师范大学;2012年
4 秦梅宝;钛酸铋钠基无铅压电陶瓷的掺杂改性研究[D];陕西师范大学;2012年
5 王红强;无铅压电陶瓷的软化学制备工艺和电性能研究[D];合肥工业大学;2010年
6 杨鹏远;铌酸钾钠基无铅压电陶瓷制备与性能研究[D];华北电力大学(北京);2011年
7 孟晗琪;铌酸钠钾基无铅压电陶瓷的掺杂改性研究[D];南京航空航天大学;2011年
8 朱厚彬;铌酸钠钾基无铅压电陶瓷的溶胶—凝胶法制备及其掺杂改性的研究[D];齐齐哈尔大学;2012年
9 李海柱;铌酸钾钠无铅压电陶瓷的掺杂改性研究[D];华北电力大学(北京);2010年
10 杨魁勇;无铅压电陶瓷器件的研制[D];北京工业大学;2012年
中国重要报纸全文数据库 前3条
1 记者 李军;无铅压电材料锆钛酸钡钙诞生[N];中国化工报;2009年
2 驻陕记者 韩宏;新型无铅压电材料研发成功[N];文汇报;2009年
3 记者 张哲浩;西安交大研制出无铅压电材料[N];科技日报;2010年
 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