鈦酸鉍鈉基壓電陶瓷制備及性質(zhì)研究.pdf

1、鈦酸鉍鈉(Na0.5Bi0.5)TiO3(簡寫為NBT)是一種鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的弛豫型鐵電體，居里溫度為320℃，室溫下為鐵電三方相，自發(fā)極化強度為38μC/cm2。由于鈦酸鉍鈉有很強的鐵電性和較高的居里溫度，所以近年來得到了廣泛的研究，被認為是最有希望的無鉛壓電陶瓷材料之一。本論文中分別用固相反應(yīng)法和溶膠-凝膠法制備了NBT基無鉛壓電陶瓷，并對其顯微結(jié)構(gòu)、介電性和鐵電性進行了細致的研究，得到了性能優(yōu)良的陶瓷配方。本文中選取的研究對象為(Bi

2、0.95Na0.75K0.2-xLix)0.5TiO3Ba0.05TiO3(簡寫為NBT-KBT-BT+xLi)。 (1)通過對固相反應(yīng)法制備的NBT-KBT-BT+xLi系列無鉛陶瓷的研究，了解到鋰摻雜后的陶瓷樣品在1155℃能夠很好的燒結(jié)成瓷，并且陶瓷晶粒尺寸隨著鋰含量的增多而增大。該系列樣品的介電溫譜表明該系列陶瓷是典型的弛豫型鐵電體，在300～350℃溫區(qū)，陶瓷的介電常數(shù)達到最大值，并且隨著鋰含量的增加，介電常數(shù)峰值溫度

3、Tm逐漸增大。電滯回線和壓電常數(shù)的測量表明，x=0.05時陶瓷具有最大的剩余極化強度Pr=36μC/cm2和最大的壓電常數(shù)d33=188pC/N，此時樣品的矯頑場為Ec=2.6kV/mm. (2)溶膠-凝膠法制備的NBT-KBT-BT+xLi系列無鉛陶瓷樣品的燒結(jié)溫度稍有降低，在1145℃就能夠很好的燒結(jié)成瓷。與固相反應(yīng)法制備的陶瓷樣品相比，溶膠-凝膠法制備的陶瓷樣品晶粒尺寸有所變大，而且從電鏡照片中觀察到很多棒狀結(jié)構(gòu)，隨著鋰含

4、量的增多，棒狀結(jié)構(gòu)有逐漸增多、增粗的趨勢，這可能是Li+的引入在陶瓷中產(chǎn)生了雜相引起的。同樣，介電溫譜表明該系列陶瓷是典型的弛豫型鐵電體。與傳統(tǒng)方法制備的樣品相比，此時該系列陶瓷的剩余極化強度和矯頑場有所降低，x=0.05時陶瓷具有最大的剩余極化強度Pr=24.5μC/cm2和最小的矯頑場Ec=1.1kV/mm，此時樣品具有最大的壓電常數(shù)d33=197pC/N。 (3)最后，用過渡金屬氧化物Co2O3、MnCO3和CuO對固相反

5、應(yīng)法中所得到的剩余極化強度和壓電常數(shù)最大的NBT-KBT-BT+0.05Li陶瓷進行了改性研究。研究結(jié)果表明，摻雜Co2O3促進了陶瓷晶粒的生長，1160℃燒結(jié)的樣品的平均粒徑達到6μm，而且介電損耗也只有原來的20％，但同時樣品的壓電常數(shù)也從188pC/N降低到了120～135pC/N。摻雜MnCO3嚴重的影響了NBT-KBT-BT+xLi的電滯回線的形狀，從中可以看出Mn的引入明顯的增大了材料的電導(dǎo)率。CuO摻雜的樣品的介電常數(shù)的頻