無鉛壓電陶瓷BNKLT的制備工藝與摻雜改性的研究.pdf

1、鈦酸鉍鈉(Bi0.5Na0.5)TiO3,簡稱BNT,是一種鈣鈦礦型A位離子復(fù)合取代的鐵電體,由于其良好的鐵電性能,被認(rèn)為是無鉛壓電陶瓷最有希望的候選材料之一。本論文以BNT基壓電陶瓷中的(0.935-x)(Bi0.5Na0.5)TiO3-0.05(Bi0.5K0.5)TiO3-0.015(Bi0.5Li0.5)TiO3-x(Bal-yCay)TiO3(縮寫為BNKLT-BCT)陶瓷作為研究對象,系統(tǒng)地研究了該種壓電陶瓷的制備工藝和以及

2、摻雜后性能的變化,采用傳統(tǒng)的固相反應(yīng)法制備了BNKLT-BT、BNKLT-BCT壓電陶瓷,對樣品的壓電常數(shù)、介電常數(shù)、機(jī)械品質(zhì)因素、介質(zhì)損耗及機(jī)電耦合系數(shù)進(jìn)行測試,通過X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)等分析手段,對BNKLT摻雜改性后的陶瓷樣品的晶相結(jié)構(gòu)及表面形貌進(jìn)行了分析。論文研究了不同預(yù)燒、燒結(jié)溫度以及成型壓力等工藝條件對BNKLT-BT陶瓷微觀結(jié)構(gòu)、密度、介電及壓電性能的影響,研究發(fā)現(xiàn),對于BNKLT-BT陶瓷,80

3、0℃預(yù)燒能基本形成鈣鈦礦結(jié)構(gòu),隨著預(yù)燒溫度的升高,雜峰減少。隨著燒結(jié)溫度的升高,樣品的收縮率與致密度均為先增大后減小,孔隙減少,壓電常數(shù)、介電常數(shù)均為先增大后減小。隨著成型壓力的增加,壓電常數(shù)先增大,后減小。最佳工藝參數(shù)為:預(yù)燒溫度為900℃,保溫2小時(shí)；燒結(jié)溫度為1100℃,保溫2小時(shí)；極化電場強(qiáng)度為3 kV／mm,極化溫度為80℃,極化時(shí)間為20分鐘。論文同時(shí)研究了Ba、Ca元素的添加量對BNKLT-BT無鉛壓電陶瓷的介電性能及壓電

4、性能的影響機(jī)理。研究發(fā)現(xiàn),Ba、Ca的摻雜不會(huì)改變BNKLT材料的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。但摻雜后,引起了陶瓷介電以及壓電性能的變化。適量的Ba、Ca摻雜,可提高BNKLT-BCT陶瓷的壓電與介電性能,降低其介電損耗。隨著BaTiO3、CaTiO3質(zhì)量百分比的增加,壓電常數(shù)先增大后減小,介電損耗先減小后增大,介電常數(shù)先增大后變小,當(dāng)x=0.05,y=0.02時(shí),陶瓷的壓電常數(shù)達(dá)到113pC／N,相對介電常數(shù)εr為1303,介電損耗tanδ為0.02