BNT基無鉛壓電陶瓷的制備及其性能研究.pdf

1、長期以來，鋯鈦酸鉛基壓電陶瓷以其優(yōu)異的壓電性能占據(jù)了傳感器和致動(dòng)器絕大部分的市場份額。但由于鉛基壓電陶瓷在制備過程中會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的鉛污染，對(duì)人類健康也有嚴(yán)重的危害。因此，研究開發(fā)環(huán)境友好型無鉛壓電材料成為迫在眉睫的任務(wù)。鈦酸鉍鈉基無鉛壓電陶瓷是目前研究較為廣泛的無鉛壓電材料之一。與鋯鈦酸鉛系壓電陶瓷相比，鈦酸鉍鈉基無鉛壓電陶瓷具有較強(qiáng)的鐵電性和較高的居里溫度，但也存在著介電常數(shù)和壓電性能較低，矯頑場較大等不足。針對(duì)這些問題，本論文以鈦酸鉍

2、鈉基無鉛壓電陶瓷為研究對(duì)象，從燒結(jié)工藝、摻雜改性、成分設(shè)計(jì)等方面對(duì)材料的相結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。
　　采用傳統(tǒng)固相反應(yīng)法成功制備出0.94Bi0.5Na0.5TiO3-0.06BaTiO3無鉛壓電陶瓷，研究了燒結(jié)溫度對(duì)其相結(jié)構(gòu)、微觀結(jié)構(gòu)和電性能的影響。結(jié)果表明，該體系是弛豫鐵電體，隨著燒結(jié)溫度的升高，彌散指數(shù)?分別為1.696、1.787、1.897、1.965，當(dāng)燒結(jié)溫度為1100℃時(shí)，陶瓷的體積密度和相對(duì)密度達(dá)到最大

3、值，分別為5.99g/cm3和98.4％，具有良好的綜合電性能：d33=180pC/N，Pr=38.7μC/cm2，Ec=37kV/cm，kp=0.331，Qm=135，tanδ=0.026。
　　研究了不同成分和溫度對(duì)(1-x)(0.94Bi0.5Na0.5TiO3-0.06BaTiO3)-xLiNbO3(0≤x≤0.06)陶瓷場致應(yīng)變性能的影響。結(jié)果表明：LiNbO3的摻入能夠有效地提高材料的應(yīng)變性能。當(dāng) x=0.025時(shí)，由

4、于鐵電-弛豫轉(zhuǎn)變溫度TF-R降到了室溫，應(yīng)變值達(dá)到最大值0.6%，等效壓電常數(shù)d33*=857pm/V，此外，當(dāng)x=0.02時(shí)，在室溫也得到了高的應(yīng)變值0.55%，即d33*=785pm/V，同時(shí)壓電常數(shù)也達(dá)到最大值d33=245pC/N。溫度的變化也能夠顯著地改變材料的應(yīng)變性能，對(duì)于x=0.01和x=0.02，當(dāng)溫度從室溫升高到TF-R附近時(shí)，等效壓電常數(shù)d33*分別從344 pm/V、617 pm/V增加到912 pm/V、836

5、pm/V，對(duì)于x=0.04和x=0.05，由于它們的鐵電-弛豫轉(zhuǎn)變溫度TF-R降到了室溫以下，應(yīng)變值幾乎不隨溫度而變化，出現(xiàn)了電致伸縮現(xiàn)象，電致伸縮系數(shù)Q33基本保持在0.02m4C-2。
　　采用傳統(tǒng)固相法成功制備了單一鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的0.96(Bi0.5Na0.5)TiO3-(0.04-x)BaTiO3-xLiNbO3(0≤x≤0.04)無鉛壓電陶瓷，研究了該體系的相結(jié)構(gòu)、致密度以及電性能。結(jié)果表明，陶瓷的相對(duì)密度均高達(dá)97%以上