钛酸铋钠基无铅压电陶瓷的粉体制备及性能研究
钛酸铋钠(Na<,0.5>Bi<,0.5?)TiO<,3>(简称NBT)是一类钙钛矿型的A位离子复合取代铁电体，其居里点(Tc)为320℃，在室温下具有很强的铁电性，被认为是无铅压电陶瓷最有希望的候选材料之一。本论文采用传统固相法、熔盐法和水热法制备了NBT基([Bi<,0.5>(Na<,1-x-y>K<,x>Li<,y>)<,0．5>]TiO<,3>)陶瓷粉体，系统研究了粉体的合成方法与制备工艺；研究了NBT基陶瓷材料的极化行为和压电性能，分析了NBT基陶瓷的压电性能与组成、结构之间的相关性，并结合实验结果探讨了NBT基陶瓷的铁电本质及其对材料压电性能的影响与作用规律。
本文采用传统固相法和熔盐法合成NBT基陶瓷粉体，确定了合适的制备工艺条件。分别采用XRD分析所得产物的相组成。通过分析对比，得到了固相反应温度对相组成的影响，研究证实，固相法合成NBT基陶瓷粉体的理想工艺参数为850℃-2h；熔盐法制备粉体的理想工艺参数为700℃-4h。由SEM形貌分析结果表明，采用两种方法合成的NBT粉体的晶粒发育都比较完整，且晶粒尺寸相当；但采用固相合成法所得到的粉体的显微形貌图片中明显可见类似“胶状”的物质黏附于晶体颗粒表面，推测可能为残留的Bi<,2>O<,3>相；而采用熔盐法得到的BNT粉体其晶体颗粒比较清晰，未见有其它杂相存在的迹象。此外，还采用水热法合成NBT陶瓷粉体，进行正交实验并分析，确定合适的合成条件。在160℃下矿化剂NaOH浓度为12mol/L时反应24h可以得到晶体发育完整、完全立方晶相的NBT陶瓷超细粉体。
确定了熔盐法和传统固相法制备NBT基陶瓷样品的烧结工艺：在1150℃下保温2h。从极化电压、极化温度和极化时间三个方面考察了NBT基陶瓷的极化行为，研究了极化条件对压电常数d<,33>的影响，确定了合适的极化条件：在80-90℃的油浴中，加直流电场为3.5kV/mm极化20mn。
压电性能的测试结果表明：熔盐法制备的陶瓷样品最大d<,33>可以达到160pC/N，而相对应的传统固相法制备的陶瓷样品只有110pC/N。随着K<'+>、Li<'+>含量的变化，熔盐法和传统固相法的压电性能都呈现同一趋势：随着Li<'+>含量的升高，压电常数明显呈上升趋势；随着K<'+>掺杂量的增多，压电常数呈先升后降的趋势。铁电性能的测试结果表明：随着K<'+>、Li<'+>含量的变化，NBT基陶瓷铁电性能与压电性能的变化规律存在明显的对应关系。掺杂适量的K<'+>、Li<'+>，降低了矫顽场Ec(7.3kV/mm→3.06kV/mm)，保持剩余极化强度Pr在30μC/cm<'2>，从而提高了陶瓷样品的压电性能。综合性能测试结果说明：熔盐法制备的陶瓷样品各性能都优于传统固相法制备的陶瓷样品。
粉体合成;压电性能;铁电性能;钛酸铋钠;压电陶瓷;钙钛矿
中国海洋大学
硕士
材料物理与化学
戴金辉
2007
中文
TM282;TB383
66
2007-09-03（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）