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NBT基无铅压电陶瓷的制备、结构及电性能研究

2020-12-15阅读(434)

NBT基无铅压电陶瓷的制备、结构及电性能研究

论文摘要

钛酸铋钠(Na0.5Bi0.5)TiO3（简称NBT）是钙钛矿型的A位复合离子结构的铁电体材料,它被认为是最有希望代替含铅压电材料的无铅压电陶瓷材料之一。但是由于NBT材料具有较为复杂的相变序列,因此目前对其相变过程和机制还存在较大的争议。本论文采用传统的电子陶瓷制备工艺固相反应法,制备出NBT基二元体系、三元体系以及四元体系陶瓷材料,对各体系材料的相结构、显微结构进行了测试,系统的研究了各个体系材料的电学性能,探讨了NBT材料的相变过程及应用前景。在所研究的范围内,Na0.5Bi0.5TiO3-xSrTiO3和Na0.5Bi0.5TiO3-xCaTiO3体系陶瓷均形成了单一的钙钛矿结构,SrTiO3的引入能够有效的细化晶粒,而CaTiO3的引入会促进陶瓷体系的烧结。通过对NBT-xST和NBT-xCT体系材料的介电温度特性曲线以及电滞回线分析认为,NBT材料中的相变过程确实为三方铁电相—正交反铁电相—四方顺电相相变,通过计算NBT-xCT的低温介电峰的频率色散参量和弥散相变参量ΔT1和ΔT2可知,CaTiO3含量的增加会使得材料的弛豫性增强。在0.88Na0.5Bi0.5TiO3-0.12K0.5Bi0.5TiO3基础体系中引入了LiNbO3进行改性,在材料组成范围内,系列试样均形成了稳定的三方相钙钛矿结构,随着LiNbO3含量的增加,材料内部电畴结构的复杂性减弱,材料的矫顽场Ec由4.41KV·mm-1显著下降至1.51KV·mm-1;LiNbO3的引入对材料的介电性能影响明显,随着LiNbO3含量的增加,材料的铁电-反铁电相变峰具有明显的低温移峰效应,而反铁电-顺电相变峰则表现为压峰效应,材料表现出明显的弛豫特性,分析了钛酸铋钠基无铅陶瓷在准同型相界附近结构与性能的相关性。选取准同型相界的0.7Na0.5Bi0.5TiO3-0.2Bi0.5K0.5TiO3-0.1Bi0.5Li0.5TiO3基础体系和0.852Na0.5Bi0.5TiO3-0.12Bi0.5K0.5TiO3-0.028Bi0.5Li0.5TiO3基础体系,与BiFeO3组成四元固溶陶瓷材料,在实验范围内,BiFeO3的引入不会改变基础材料体系的相结构,其固溶会使的材料易于烧结,晶粒尺寸的增大;结合氧空位、晶粒尺寸及Bi促进强压电性作用NBT-KBT-BT-xBF体系材料的介电常数εr减小、电滞回线逐渐饱和;而NBT-KBT-LBT-xBF体系材料的εr及压电常数d33先增大后减小,当x=0.05mol%时,d33最大为84pC/N,εr=3178.5,Tm=376℃,tanδ=0.04,表现出较好的综合性能。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 1 绪论
  • 1.1 压电陶瓷材料概述
  • 1.1.1 压电材料及压电效应
  • 1.1.2 压电陶瓷的发展及存在的问题
  • 1.2 无铅压电陶瓷的研究概况
  • 1.2.1 无铅压电陶瓷分类及特点
  • 1.2.2 钛酸铋钠陶瓷的研究现状
  • 1.3 本文的研究思路与内容
  • 1.3.1 研究课题的选择
  • 1.3.2 本文的研究内容
  • 2 实验方法及性能表征
  • 2.1 材料的制备
  • 2.1.1 实验原料
  • 2.1.2 制备工艺
  • 2.2 材料性能表征
  • 2.2.1 陶瓷的相结构分析
  • 2.2.2 陶瓷的显微结构分析
  • 2.2.3 陶瓷的体积密度
  • 2.2.4 陶瓷的介电性能测试
  • 2.2.5 陶瓷的压电性能测试
  • 2.2.6 陶瓷的铁电性能测试
  • 3 NBT 基二元系陶瓷在准同型相界附近的性能研究
  • 3.1 引言
  • 3.2 NBT-xST 二元陶瓷体系的结构及电学性能的结果分析
  • 3.2.1 NBT-xST 二元陶瓷体系的相结构
  • 3.2.2 NBT-xST 二元陶瓷体系的显微结构
  • 3.2.3 NBT-xST 二元陶瓷体系的介电性能图
  • 3.2.4 NBT-xST 二元陶瓷体系的铁电性能
  • 3.3 NBT-xCT 二元陶瓷体系的结构及电学性能的结果分析
  • 3.3.1 NBT-xCT 二元陶瓷体系的相结构
  • 3.3.2 NBT-xCT 二元陶瓷体系的显微结构
  • 3.3.3 NBT-xCT 二元陶瓷体系的介电性能
  • 3.3.4 NBT-xCT 二元陶瓷体系的铁电性能
  • 3.4 小结
  • 4 三元固溶NBT-KBT-xLN 陶瓷体系的结构与性能研究
  • 4.1 引言
  • 4.2 NBT-KBT-xLN 陶瓷体系相结构分析
  • 4.3 NBT-KBT-xLN 陶瓷体系显微结构分析
  • 4.4 NBT-KBT-xLN 陶瓷体系的介电性能
  • 4.5 NBT-KBT-xLN 陶瓷体系的铁电性能
  • 4.6 小结
  • 5 四元固溶NBT 体系陶瓷的结构和电学性能研究
  • 5.1 引言
  • 5.2 NBT-KBT-BT-xBF 四元陶瓷体系的结构及电学性能分析
  • 5.2.1 NBT-KBT-BT-xBF 四元陶瓷体系的相结构
  • 5.2.2 NBT-KBT-BT-xBF 四元陶瓷体系的显微结构
  • 5.2.3 NBT-KBT-BT-xBF 四元陶瓷体系的介电性能
  • 5.2.4 NBT-KBT-BT-xBF 四元陶瓷体系的铁电性能
  • 5.3 NBT-KBT-LBT-xBF 四元陶瓷体系的结构及性能分析
  • 5.3.1 NBT-KBT-LBT-xBF 四元陶瓷体系的相结构
  • 5.3.2 NBT-KBT-LBT-xBF 四元陶瓷体系的显微结构
  • 5.3.3 NBT-KBT-LBT-xBF 四元陶瓷体系的介电性能
  • 5.3.4 NBT-KBT-LBT-xBF 四元陶瓷体系的压电性能
  • 5.4 小结
  • 6 结论
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附录

    • 相关论文文献

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