(Ba,Ca)(Sn,Ti)O3无铅压电陶瓷结构和性能研究

摘要

本文以(Ba,Ca)(Sn,Ti)O3基(BCST)材料为基础，通过优化样品的制备工艺制备具有较高压电性能的 BCST陶瓷样品，主要研究材料预烧温度及烧结温度对其压电性能的影响，研究结果表明，经过1200℃的温度预烧后能够完全形成纯的钙钛矿结构的BCST陶瓷粉体，成型后的生坯经1440℃温度烧结后具有相对最优的压电性能。为了研究 Sn元素对 BCST陶瓷材料性能的影响，通过改变 Sn含量，对比了Sn含量为0.07mol％-0.12mol%范围内的样品结构及性能。研究结果表明，样品的晶粒尺寸与Sn4+含量相关度不高。随着Sn4+含量的增加，相结构从四方相（T相）逐渐过渡到正交相（O相），样品的O-T相变温度点小幅度的增加，但是居里温度却大幅度的降低；矫顽场强和剩余极化强度呈现为先减小后增加的趋势，当Sn4+含量为0.08mol时，居里温度为76℃，样品的相结构为O-T两相共存，并且具有最高的压电常数d33为627pC/N和逆压电常数d33为824pm/V。
　　此外，本文还研究了二氧化锰掺杂对(Ba0.94Ca0.06)(Sn0.09Ti0.91)O3陶瓷结构和性能的影响。研究结果表明，二氧化锰的加入能够使得(Ba0.94Ca0.06)(Sn0.09Ti0.91)O3从O-T两相共存逐渐转变为 T相，随着二氧化锰量的增加，样品的居里温度逐渐降低，且出现明显的介电弛豫。虽然二氧化锰的添加总体上降低了材料(Ba0.94Ca0.06)(Sn0.09Ti0.91)O3的压电性能，但当二氧化锰的添加量为0.2 mo l%时，样品的综合性能较好，机械品质因素Qm为146，介电损耗为0.013，压电常数d33为547 pC/N。
　　最后，本文还尝试通过压碳热处理促使材料产生氧缺位或缺陷以提高其压电性能，研究了热处理温度对(Ba0.94Ca0.06)(Sn0.09Ti0.91)O3陶瓷结构和性能的影响，研究结果表明， Ba0.94Ca0.06Sn0.08Ti0.92O3陶瓷经过压碳热处理后，样品的碳接触面出现了氧缺位，造成了晶格畸变，并析出了第二相。经压碳热处理后，样品的居里温度出现小幅度的下降，同时，由于氧空位的形成，一定程度的降低了样品的场致应变，对样品的剩余极化强度和矫顽场强有轻微的影响，压电常数d33有了较大程度的提升，样品经过900℃的压碳热处理后，样品的压电常数d33提高了13.4%，达到711pC/N。

目录

第一章 绪论

1.1压电效应与压电材料

1.2无铅压电陶瓷

1.3 BaTiO3基无铅压电陶瓷

1.4 课题研究意义及内容

第二章 BCST陶瓷的制备和分析方法

2.1 引言

2.2 BCST基陶瓷样品的制备

2.3 样品的表征与性能测试

第三章 (Ba0.94Ca0.06)(SnxTi1-x)O3陶瓷制备工艺的探究及性能的研究

3.1 引言

3.2 预烧温度对BCST结构和性能的影响

3.3 烧结温度对BCST结构和性能的影响

3.4 Sn含量变化对(Ba0.94Ca0.06)(SnxTi1-xO3)陶瓷性能的影响

3.5 小结

第四章 Mn掺杂对(Ba0.94Ca0.06)(Sn0.09Ti0.91)O3陶瓷性能的影响

4.1 引言

4.2 实验结果与讨论

4.3 小结

第五章 压碳热处理对(Ba0.94Ca0.06)(Sn0. 08Ti0. 92)O3陶瓷性能的影响

5.1 引言

5.2 热处理工艺流程

5.3 实验结果与讨论

5.4 小结

结论

参考文献

声明

致谢