鈦酸鉍鈉基陶瓷在低壓電場下的相變及可逆性研究.pdf

1、自1880年Nobel laureates和Jacque Curie發(fā)現(xiàn)壓電效應(yīng)以來，壓電陶瓷已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于材料、化工、航空等各領(lǐng)域。目前，(Pb(Ti，Zr)O3，PZT)類陶瓷是市場上使用得最多的壓電陶瓷。但是，由于Pb重金屬對環(huán)境污染較大，對人體有較大傷害，越來越多的國家開始減少Pb在工業(yè)中的使用，對應(yīng)的無鉛壓電陶瓷逐漸受到研究者的關(guān)注。Bi0.5Na0.5TiO3-Bi0.5K0.5TiO3(BNT-BKT)是一種鈣鈦礦型壓電

2、陶瓷，不僅具有較高的電耦合系數(shù)kp和應(yīng)變動(dòng)態(tài)常量Smax/Emax，已有研究表明，部分摻雜改性后的BNKT陶瓷的部分電性能已經(jīng)達(dá)到了PZT陶瓷的數(shù)量級，除此之外，BNKT陶瓷還具有復(fù)雜的相變過程。本文通過傳統(tǒng)固相法合成了不同配比的BNT-BKT陶瓷，并進(jìn)行Nb摻雜，分別置于電場環(huán)境下12h，對樣品進(jìn)行物相和形貌等測試，分析晶相的變化。
　　本文以Na2CO3、K2CO3、TiO2和Bi2O3為起始原料，以傳統(tǒng)固相法制備不同配比的(

3、1-x)Bi0.5Na0.5TiO3-xBi0.5K0.5TiO3(x=0.18，0.2，0.3，0.4，0.5)陶瓷，在1170℃下燒結(jié)。對其進(jìn)行XRD測試，當(dāng)x=0.18時(shí)，陶瓷晶相表現(xiàn)為三方相，而當(dāng)x=0.2～0.4時(shí)，則同時(shí)含有三方與四方晶相，當(dāng)x=0.5時(shí)，陶瓷表現(xiàn)為四方相。將陶瓷在低壓直流電場中后，當(dāng)電場達(dá)到一定值時(shí)，部分三方相逐漸轉(zhuǎn)變成四方相，當(dāng)BKT成分的含量比重繼續(xù)加大，誘導(dǎo)電壓會(huì)逐漸減小，這可能與實(shí)驗(yàn)過程中，x＞0.

4、3時(shí)，陶瓷發(fā)生過燒有關(guān)，然而陶瓷在交流電場中并無相變的發(fā)生。
　　為了進(jìn)一步探究低壓電壓電場誘導(dǎo)相變的原因，本文再分別以不同濃度的Nb摻雜Bi0.5(Na0.8K0.2)TiO3陶瓷，分別探究在低、高濃度摻雜樣品在低壓電場中的相變現(xiàn)象。本文發(fā)現(xiàn)，隨著Nb含量的增加，陶瓷樣品晶型由三方-四方共存向準(zhǔn)立方相轉(zhuǎn)變，并且在Nb濃度達(dá)到3mol％時(shí)，陶瓷主晶相表現(xiàn)為準(zhǔn)立方相。而在低壓電場中，Nb含量在低于3mol％摻雜的陶瓷樣品衍射峰均有分

5、裂滑移，向準(zhǔn)立方相轉(zhuǎn)變，而3mol％摻雜樣品衍射峰卻沒有較明顯變化。
　　將電場中發(fā)生相變的樣品在室溫中靜置7天后，對其再次進(jìn)行XRD測試，發(fā)現(xiàn)，在(1-x)BNT-xBKT中當(dāng)x＜0.3時(shí)陶瓷相變發(fā)生自恢復(fù)，而過燒后的相變陶瓷（x=0.3，0.4，0.5）不發(fā)生自恢復(fù)現(xiàn)象，這時(shí)由于過燒樣品中的空位比例發(fā)生變化，在電場作用下使得離子擴(kuò)散，空位比例修復(fù)，形成較穩(wěn)定的晶型。于此類似的是，在低濃度Nb摻雜的陶瓷樣品中相變均沒有發(fā)生可逆現(xiàn)