鈦酸鉍鈉基無(wú)鉛壓電陶瓷的制備與電性能研究.pdf

1、壓電陶瓷是實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能相互轉(zhuǎn)化和耦合的功能材料，廣泛應(yīng)用于電子和微電子元器件。隨著保護(hù)環(huán)境、和諧發(fā)展的需要，開(kāi)發(fā)新型無(wú)鉛壓電陶瓷材料，成為一項(xiàng)緊迫且具有重大實(shí)用意義的課題。Bi0.5Na0.5TiO3(簡(jiǎn)稱BNT)陶瓷由于具有良好的壓電性、高居里溫度和燒結(jié)過(guò)程中無(wú)毒、易控制性等優(yōu)點(diǎn)而倍受青睞。
　　 本文采用固相燒結(jié)方法，從陶瓷制備技術(shù)，組分設(shè)計(jì)，固溶摻雜等三個(gè)方面研究了(1-x)Bi0.5Na0.5TiO3-xBaTiO3

2、基無(wú)鉛壓電陶瓷體系。
　　 首先，本文以(Bi0.5sNa0.5)0.94Ba0.006TiO3(簡(jiǎn)寫(xiě)為BNBT06)為工藝研究對(duì)象，采用TG/DSC，XRD，SEM等分析手段，研究了預(yù)燒溫度、燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間對(duì)該體系結(jié)構(gòu)和性能的影響，確定出較佳的工藝參數(shù)。結(jié)果表明：800～850℃是合理的預(yù)燒溫度，而1140～1160℃是理想的燒結(jié)溫度范圍，保溫時(shí)間確定為2h。本文研究了BaTiO3摻入量(2，4，6，8，10mol％)對(duì)該

3、體系壓電介電性能和微觀結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明，所有樣品都具有純鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，在所研究的組成范圍內(nèi)，均為馳豫型鐵電體，BT摻入量為6～8mol％時(shí)，樣品處于三方與四方共存的準(zhǔn)同型相界。當(dāng)BT含量為6mol％時(shí)，此時(shí)配方材料0.94BNT-0.06BT達(dá)到最佳性能，其d33、Kp、εr、tanδ分別為127pC/N、0.22、1388和0.05。
　　 為了提高無(wú)鉛壓電陶瓷的壓電、介電性能性能，采用Li2CO3進(jìn)行固溶改性研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4、表明：固溶Li2CO3沒(méi)有破壞BNBT06陶瓷體系的準(zhǔn)同型相界結(jié)構(gòu)。
　　 隨著Li2CO3固溶量的增多，體系中三方相逐漸減小，而四方相不斷增多。SEM表明，隨著Li2C03固溶量的增加，晶粒逐漸細(xì)化，四方形晶界逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闄E圓形晶界。Li2CO3固溶后陶瓷體系的介電常數(shù)表現(xiàn)為先增加后減少的趨勢(shì)，而介電損耗變化不大。當(dāng)Li+含量為0.03mol時(shí)，介電常數(shù)εr達(dá)到最大值為1869，介電損耗為0.04。同時(shí)退極化溫度Td也表現(xiàn)為先升

5、高后降低；當(dāng)Li+為0.05mol時(shí)，陶瓷體系達(dá)到了最佳壓電性能，d33為160pC/N，Kp為0.3。當(dāng)Li+過(guò)量摻雜時(shí)，陶瓷體系仍然為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，而且陶瓷體系的弛豫性能不斷增強(qiáng)，但介電常數(shù)不斷減小，壓電性能不斷惡化。當(dāng)L廣過(guò)量為0.07mol時(shí)，陶瓷體系的壓電常數(shù)d33下降到105pC/N，Kp為0.1。
　　 最后，本文研究了BNT含量的變化對(duì)(1-x)BaTiO3-xBi0.5Na0.5TiO3陶瓷體系的相結(jié)構(gòu)，顯微組織