BNT-BT基無(wú)鉛壓電陶瓷的制備與改性研究.pdf

1、采用傳統(tǒng)陶瓷制備工藝制備了0.935Na0.5Bi0.5TiO3-0.065BaTiO3無(wú)鉛壓電陶瓷，探討了制備工藝尤其是燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間對(duì)0.935Na0.5Bi0.5TiO3-0.065BaTiO3無(wú)鉛壓電陶瓷結(jié)構(gòu)和性能的影響。XRD分析結(jié)果表明，在1130℃～1220℃所研究的燒結(jié)溫度范圍內(nèi)，陶瓷為單一鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，且陶瓷處于三方相和四方相共存的準(zhǔn)同相界處；隨著燒結(jié)溫度的升高，四方相的比例增加；在1150℃時(shí)，隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，

2、三方相的比例增加。顯微結(jié)構(gòu)分析表明，燒結(jié)溫度的增加和保溫時(shí)間的延長(zhǎng)都有利于晶粒逐漸長(zhǎng)大。當(dāng)燒結(jié)溫度為1150℃保溫時(shí)間為2.5h~6h時(shí)，陶瓷具有較好的顯微形貌：晶粒尺寸較為均勻，平均尺寸約2μm。同時(shí)，隨著燒結(jié)溫度的增加或者保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，壓電性能都呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。經(jīng)優(yōu)化后的工藝方案為1150℃燒結(jié)，保溫時(shí)間為2.5~6h；優(yōu)化后的陶瓷性能最佳為：d33=194pC/N，Kp=24.67%，Tc=295.1℃，Pr=55?C/

3、cm2，Ec<3.5kV/mm。同樣采用傳統(tǒng)電子陶瓷制備方法制備了MnO2摻雜0.935Na0.5Bi0.5TiO3-0.065BaTiO3系壓電陶瓷。利用XRD研究MnO2摻雜的0.935Na0.5Bi0.5TiO3-0.065BaTiO3壓電陶瓷的相，利用SEM觀察陶瓷的微觀形貌。同時(shí)利用研究了壓電陶瓷的鐵電性能，介電性能及相關(guān)壓電系數(shù)。研究發(fā)現(xiàn)：MnO2摻雜后的0.935Na0.5Bi0.5TiO3-0.065BaTiO3體系呈現(xiàn)

4、典型的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)；隨MnO2含量的增加，晶粒尺寸逐漸長(zhǎng)大，密度呈下降趨勢(shì)，居里溫度有略微升高；此外，摻雜含量為0.002時(shí)，燒結(jié)溫度為1130℃制備的壓電陶瓷展現(xiàn)了較為理想的壓電性能。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴利用電子陶瓷制備方法制備了多組(1-x)(0.935Na0.5Bi0.5TiO3-0.065BaTiO3)-x K0.5Bi0.5TiO3無(wú)鉛壓電陶瓷材料，并研究了不同燒結(jié)溫度對(duì)其性能的影響。SEM結(jié)果表明，隨著KBT含量

5、上升，陶瓷的晶粒尺寸受到抑制，K+含量的增加使得柱狀晶出現(xiàn)。XRD結(jié)果表明，所有的陶瓷樣品均為單一的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。隨著燒結(jié)溫度的升高，四方相的比例增加，同時(shí)KBT含量的增加也會(huì)使四方相的比例增加。在1170℃燒結(jié)的陶瓷樣品中，K0.5Bi0.5TiO3含量為0.02的樣品具有較好的壓電性能(d33=191pC/N)。所有的陶瓷樣品具有較高的居里溫度（Tc=299℃~324℃）和較好的聲學(xué)性能。⑵采用傳統(tǒng)電子陶瓷制備方法制備了純鈣鈦礦相的(

6、1-x)(0.98(0.935Na0.5Bi0.5TiO3-0.065BaTiO3)-0.02K0.5Bi0.5TiO3)-xK2Al0.5Nb0.5O3系無(wú)鉛壓電陶瓷。利用X-射線衍射分析和掃描電子顯微鏡對(duì)該體系的相結(jié)構(gòu)及微觀形貌進(jìn)行分析：隨著x增大，該體系逐漸向四方相轉(zhuǎn)變，K2Al0.5Nb0.5O3在研究范圍內(nèi)可以顯著促進(jìn)晶粒生長(zhǎng)。通過(guò)對(duì)體系中樣品的電學(xué)性能研究發(fā)現(xiàn)：K2Al0.5Nb0.5O3摻入量的增加使該體系的介電性能降低；