鈦酸鉍鈉基無鉛壓電陶瓷的粉體制備及性能研究.pdf

1、鈦酸鉍鈉(Na<,0.5>Bi<,0.5?)TiO<,3>(簡稱NBT)是一類鈣鈦礦型的A位離子復(fù)合取代鐵電體，其居里點(Tc)為320℃，在室溫下具有很強的鐵電性，被認(rèn)為是無鉛壓電陶瓷最有希望的候選材料之一。本論文采用傳統(tǒng)固相法、熔鹽法和水熱法制備了NBT基([Bi<,0.5>(Na<,1-x-y>K<,x>Li<,y>)<,0．5>]TiO<,3>)陶瓷粉體，系統(tǒng)研究了粉體的合成方法與制備工藝；研究了NBT基陶瓷材料的極化行為和壓電

2、性能，分析了NBT基陶瓷的壓電性能與組成、結(jié)構(gòu)之間的相關(guān)性，并結(jié)合實驗結(jié)果探討了NBT基陶瓷的鐵電本質(zhì)及其對材料壓電性能的影響與作用規(guī)律。 本文采用傳統(tǒng)固相法和熔鹽法合成NBT基陶瓷粉體，確定了合適的制備工藝條件。分別采用XRD分析所得產(chǎn)物的相組成。通過分析對比，得到了固相反應(yīng)溫度對相組成的影響，研究證實，固相法合成NBT基陶瓷粉體的理想工藝參數(shù)為850℃-2h；熔鹽法制備粉體的理想工藝參數(shù)為700℃-4h。由SEM形貌分析結(jié)果

3、表明，采用兩種方法合成的NBT粉體的晶粒發(fā)育都比較完整，且晶粒尺寸相當(dāng)；但采用固相合成法所得到的粉體的顯微形貌圖片中明顯可見類似“膠狀”的物質(zhì)黏附于晶體顆粒表面，推測可能為殘留的Bi<,2>O<,3>相；而采用熔鹽法得到的BNT粉體其晶體顆粒比較清晰，未見有其它雜相存在的跡象。此外，還采用水熱法合成NBT陶瓷粉體，進(jìn)行正交實驗并分析，確定合適的合成條件。在160℃下礦化劑NaOH濃度為12mol/L時反應(yīng)24h可以得到晶體發(fā)育完整、完全

4、立方晶相的NBT陶瓷超細(xì)粉體。 確定了熔鹽法和傳統(tǒng)固相法制備NBT基陶瓷樣品的燒結(jié)工藝：在1150℃下保溫2h。從極化電壓、極化溫度和極化時間三個方面考察了NBT基陶瓷的極化行為，研究了極化條件對壓電常數(shù)d<,33>的影響，確定了合適的極化條件：在80-90℃的油浴中，加直流電場為3.5kV/mm極化20mn。 壓電性能的測試結(jié)果表明：熔鹽法制備的陶瓷樣品最大d<,33>可以達(dá)到160pC/N，而相對應(yīng)的傳統(tǒng)固相法制備的

5、陶瓷樣品只有110pC/N。隨著K<'+>、Li<'+>含量的變化，熔鹽法和傳統(tǒng)固相法的壓電性能都呈現(xiàn)同一趨勢：隨著Li<'+>含量的升高，壓電常數(shù)明顯呈上升趨勢；隨著K<'+>摻雜量的增多，壓電常數(shù)呈先升后降的趨勢。鐵電性能的測試結(jié)果表明：隨著K<'+>、Li<'+>含量的變化，NBT基陶瓷鐵電性能與壓電性能的變化規(guī)律存在明顯的對應(yīng)關(guān)系。摻雜適量的K<'+>、Li<'+>，降低了矯頑場Ec(7.3kV/mm→3.06kV/mm)，保持