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位元素揮發(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??；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，最大機械品質(zhì)因數(shù)達到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