鉍層狀無鉛壓電陶瓷BaBi4Ti4O15的制備與性能的研究.pdf

1、隨著人類環(huán)保意識的增強(qiáng),傳統(tǒng)鋯鈦酸鉛類陶瓷因其在生產(chǎn)及使用過程中給人類和環(huán)境造成的破壞,使得研究和開發(fā)無鉛壓電陶瓷成為一項迫切的、具有重大社會和經(jīng)濟(jì)意義的課題。鉍層狀無鉛壓電陶瓷因其具有高居里溫度,機(jī)電耦合系數(shù)各向異性大,機(jī)械品質(zhì)因數(shù)較高,諧振頻率的時間穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性較好等特點,被認(rèn)為是無鉛壓電陶瓷領(lǐng)域里最有希望的陶瓷材料之一。鉍層狀結(jié)構(gòu)壓電陶瓷其壓電性能相對較差,可以通過摻雜改性及熱處理等措施提高其性能。本研究主要內(nèi)容包括：

2、>　　 ⑴根據(jù)正交實驗結(jié)果得到最佳極化條件為:極化溫度30℃,極化電壓1.5kV/mm,極化時間為5min。最佳處理工藝:成型壓力為100MPa,預(yù)處理溫度750℃,燒結(jié)溫度1020℃,鉍過量為10wt％。在該工藝條件下BaBi4Ti4O15陶瓷樣品的壓電常數(shù)d33=4.4pC/N。
　　 ⑵Mn、Mg、Sr、La元素在A位取代后的BaBi4Ti4O15陶瓷晶體晶粒發(fā)育比較均勻,晶粒主要呈現(xiàn)片狀結(jié)構(gòu),孔洞率較低。摻雜后形成的陶

3、瓷樣品均已形成層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu),微量元素的引入對陶瓷的層狀結(jié)構(gòu)沒有構(gòu)成破壞,但由于離子半徑的差異導(dǎo)致陶瓷粉末XRD特征衍射峰有略微的偏移。當(dāng)Mn的摻入量x=0.04時,獲得最大的相對介電常數(shù)εr=764.26(1KHz)和較小的介質(zhì)損耗tanδ=0.006647(1KHz),當(dāng)x=0.06時獲得最大的壓電常數(shù)d33=9.5pC/N。當(dāng)Mg的摻入量x=0.02時,獲得較大的相對介電常數(shù)εr=228.52(1KHz),當(dāng)x=0.04時獲得最大

4、的壓電常數(shù)d33=5.5pC/N。當(dāng)Sr的摻入量x=0.02時,獲得較大的相對介電常數(shù)εr=260.16(1KHz),當(dāng)x=0.04,0.06時均獲得最大的壓電常數(shù)d33=7.9pC/N。當(dāng)La的摻雜量x=0.08時,陶瓷的相對介電常數(shù)最大εr=318.20(1KHz),壓電常數(shù)最大為d33=9.3pC/N。
　　 ⑶在復(fù)結(jié)構(gòu)陶瓷中均形成了層狀結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦相,沒有出現(xiàn)焦綠石等其他雜相,晶粒主要以層狀為主,且隨著引入量得增加,晶粒

5、發(fā)育較完善,晶粒間的空隙減小。在(1-X)BaBi4Ti4O15-XMnBi4Ti4O15系列陶瓷中,當(dāng)X=0.6時相對介電常數(shù)最大為823.16(1KHz),當(dāng)X=0.4時,介質(zhì)損耗為0.0066(1KHZ),壓電常數(shù)最大為8.3pC/N;在(1-X)BaBi4Ti4O15-XMgBi4Ti4O15系列陶瓷中,當(dāng)X=0.4時相對介電常數(shù)最大為551.88(1KHz),X=0.2時壓電常數(shù)最大為7.6 pC/N;在(1-x)BaBi4T

6、i4O15-XSrBi4Ti4O15系列陶瓷中,當(dāng)X=0.6時相對介電常數(shù)最大為224.28(1KHz),當(dāng)X=0.2時壓電常數(shù)最大為7.0 pC/N。
　　 ⑷通過維氏硬度測試發(fā)現(xiàn):BaBi4Ti4O15陶瓷的硬度為2.8GPa,當(dāng)Mn元素引入量x為0.08時維氏硬度為3.82GPa;當(dāng)Mg元素引入量x=0.06時,陶瓷的維氏硬度為5.74GPa;當(dāng)Sr元素引入量為0.06時,陶瓷的維氏硬度最高為2.58GPa,當(dāng)La元素引入