BNT基無鉛壓電陶瓷的制備工藝與摻雜改性的研究.pdf

1、近年來,具有壓電以及鐵電性能的材料由于其在傳感器以及換能器的制造方面的應用而受到廣泛的關注,在這些材料中,鋯鈦酸鉛系列材料以其優(yōu)越的壓電性能而被大量應用于機電系統(tǒng)設備的制造。但鋯鈦酸鉛系列材料中氧化鉛含量較高,氧化鉛在高溫下易揮發(fā),而鉛對環(huán)境以及人類的健康都有著極大的危害,因此,研究與開發(fā)無鉛壓電材料成為目前相關科研工作的當務之急。無鉛壓電材料鈦酸鉍鈉(Bi0.5Na0.5)TiO3(BNT)由于其優(yōu)異的介電以及壓電性能,被認為是最有潛

2、力替代目前廣泛使用的鋯鈦酸鉛(PZT)壓電陶瓷的材料之一。本實驗中分別采用固相法和水熱法制備BNT基壓電材料的陶瓷粉體,研究粉體制備方法對粉體顆粒形貌的影響,并將其經(jīng)由燒結制備成陶瓷,測試其性能。
　　 當使用固相反應法制備BNT-BKT-BLT-BT粉體時,預燒溫度為800℃時鈣鈦礦結構已經(jīng)形成,預燒溫度升高,雜相減少,同時,燒結溫度也影響著陶瓷收縮率及致密度的變化。實驗還研究了鈣摻雜對BNT-BKT-BLT-BCT壓電陶瓷的

3、結構性能、介電性能及壓電性能的影響,發(fā)現(xiàn)鈣摻雜不會改變BNT-BKT-BLT-BCT材料的鈣鈦礦結構,并且適量的鈣摻雜還可以提高BNT-BKT-BLT-BCT陶瓷的介電與壓電性能,當鈣摻雜量為0.02時,BNT-BKT-BLT-BCT陶瓷的相對介電常數(shù)εr達到1305,壓電常數(shù)達到115pC/N,而介電損耗tanδ降為0.021。
　　 在水熱法制備BNT粉體的實驗中,NaOH濃度對粉體的相組成和顆粒形貌都有重要的影響,NaOH

4、濃度較低時會有雜相生成,提高NaOH的濃度,雜相減少,當NaOH濃度大于6mol/L時可以生成較為純凈的BNT。同時,鋇與鉀的加入可以顯著改變BNT粉體的顆粒形貌,在水熱法制備的BNT-BT與BNT-BKT-B粉體中存在兩種不同的顆粒形貌:等軸晶與長柱狀,實驗檢測分析,鋇與鉀的加入有利于BNT-BT與BNT-BKT-BT晶體的定向生長。將水熱合成制備的粉體經(jīng)燒結制成陶瓷,陶瓷的壓電常數(shù)為55pC/N,相對介電常數(shù)εr為980,介電損耗t