NBT基三元系無鉛壓電陶瓷摻雜改性研究.pdf

1、壓電陶瓷是一類廣泛應(yīng)用于電子領(lǐng)域的高技術(shù)功能材料。但目前應(yīng)用的壓電陶瓷仍以PZT鉛基陶瓷為主，其主成分是有毒的鉛，對生態(tài)環(huán)境造成了極大的損害。因此，開發(fā)新型無鉛壓電陶瓷取代現(xiàn)有含鉛壓電陶瓷材料，成為現(xiàn)在壓電陶瓷研究的主要熱點。 三元固溶體NBT-KBT-BT(BNBK)體系由于具有三方-四方共存的準(zhǔn)同型相界(MPB)以及在MPB附近優(yōu)異的介電和壓電性能，引起了研究者的廣泛關(guān)注，被認(rèn)為是無鉛壓電陶瓷最有希望的候選材料之一。

2、 本論文采用固相燒結(jié)法制備了BNBK三元無鉛壓電陶瓷，系統(tǒng)研究了四方相區(qū)組成74.0(Bi1/2Na1/2)TiO3-20.8(Bi1/2K1/2)TiO3-5.2BaTiO3(BNBK74)和MPB附近組成85(Bi1/2Na1/2)TiO3—12(Bi1/2K1/2)TiO3—3BaTiO3(BNBK85)陶瓷的燒結(jié)行為和摻雜改性效果；并以Co2O3摻雜85(Bi1/2Na1/2)TiO3-12(Bi1/2K1/2)TiO3-3Ba

3、TiO3體系為基礎(chǔ)，進(jìn)行了瓷料工廠應(yīng)用化研究。具體研究內(nèi)容如下： (1)研究了BNBK74陶瓷的燒結(jié)特性。研究表明：隨著燒結(jié)溫度的提高，A位元素?fù)]發(fā)加重，陶瓷晶格中氧空位增多，鈣鈦礦晶格的四方度逐漸減小；同時，陶瓷的退極化溫度下降，居里溫度上升。研究表明，晶格畸變是影響退極化溫度的主要因素，而氧空位影響了反鐵電-順電轉(zhuǎn)變。 (2)研究了0～0.42mol.％MnCO3摻雜對BNBK74陶瓷的影響。研究表明：MnCO3摻雜

4、引起了陶瓷的晶格畸變；適量摻雜有助于提高陶瓷燒結(jié)特性，促進(jìn)晶粒生長和密度提高。此外，MnCO3摻雜還增強了BNBK74陶瓷的弛豫行為，改善了陶瓷的電學(xué)性能。最佳電學(xué)性能在摻雜量為0.16mol.％處獲得：d33=140pC/N，Kp=18％，εr=1047，tanδ=2.19％，Qm=89；同時，其退極化溫度保持在175℃，顯示了其良好的應(yīng)用前景。 (3)研究了0～2mol.％Co2O3摻雜對BNBK85陶瓷的影響。研究表明：C

5、o離子是以Co3+和Co2+離子形式存在，且Co3+和Co2+離子濃度隨著Co2O3摻雜量發(fā)生變化，從而對陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)、退極化溫度以及電學(xué)性能產(chǎn)生顯著影響。適量摻雜引起了晶格畸變，改善陶瓷燒結(jié)特性，使陶瓷晶粒長大，密度提高。此外，Co2O3摻雜能在不顯著降低壓電性能的前提下顯著提高退極化溫度和機(jī)械品質(zhì)因數(shù)。在0.5mol.％摻雜量時，退極化溫度提高到了157℃；在摻雜量為1.5mol.％時，最大機(jī)械品質(zhì)因數(shù)達(dá)到626，是目前BNBK陶

6、瓷研究報道中最高的。 (4)研究了0～0.8wt.％MnO摻雜對BNBK85陶瓷的影響。研究表明：所有樣品均為三方-四方共存結(jié)構(gòu)，適量摻雜可以改善燒結(jié)特性，促進(jìn)晶粒生長和密度提高。此外，適量MnO摻雜可以改善陶瓷的電學(xué)性能。最佳的電學(xué)性能在摻雜量為0.3wt.％處獲得：d33=190pC/N，Kp=32％，εr=863，tanδ=1.24％，Qm=314。優(yōu)良的電學(xué)性能顯示了其在傳感器和致動器中良好的應(yīng)用前景。 (5)研