BNBT无铅压电陶瓷的直接反应烧结法制备及掺杂改性研究

摘要

本文结合无铅压电陶瓷材料的研究现状，选择 (Bi<,0.5>Na<,0.5>)<,1-x>Ba<,x>TiO<,3>(0.06≤x≤0.075，简称为 BNBT67) 为研究对象，为了提高其压电、介电性能，从制备工艺和掺杂改性两方面进行研究。 第一部分采用直接反应烧结法制备出BNBT67陶瓷。实验研究结果表明，采用直接反应烧结法制备 BNBT67 能较大幅度的提高其压电、介电性能。X射线衍射 (XRD) 和扫描电子显微镜(SEM)分析发现：采用直接反应烧结的BNBT67陶瓷仍是纯钙钛矿相结构；在 2θ=46°的三、四方相共存处，三方相含量增多、四方相含量减少；并且，直接反应烧结法有利于BNBT67陶瓷的晶粒长大。 第二部分对(Bi<,0.5>Na<,0.5>)<,0.93>Ba<,0.07>TiO<,3>(简称 BNBT7) 陶瓷进行铟掺杂，研究铟掺杂对 BNBT7 陶瓷的压电、介电性能及显微结构的影响，并对铟的掺杂改性机理进行了初步探讨。通过详细研究掺杂量和工艺参数对陶瓷样品性能的影响，确定材料最佳配方为：(Bi<,0.5>Na<,0.5>)<,0.93>Ba<,0.07>TiO<,3>+0.16wt％In<,2>O<,3>最佳制备工艺为：烧结温度：1150℃，保温时间：3h，极化电场：5kv，极化温度：30℃，极化时间：5min。 实验研究结果表明，铟掺杂对 BNBT7 陶瓷的压电、介电性能产生较大影响，当掺杂量小于或等于 0.16wt％时，BNBT7 陶瓷的介电常数ε<'T><,33>/ε<,0>、压电常数d<,33>和厚度机电耦合系数 k<,t> 增加，介电损耗 tan δ增加，机械品质因数Q<,m>降低，呈现出“软性”掺杂的特点；当掺杂量处于0.16～0.24wt％范围时，介电常数ε<'T><,33>/ε<,0>、压电常数d<,33>和厚度机电耦合系数 k<,t> 降低，介电损耗 tan δ减小，机械品质因数Q<,m>升高，表现为“硬性”掺杂的特征。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章无铅压电陶瓷概述

1.1压电效应与压电陶瓷简史

1.1.1压电效应

1.1.2压电简史

1.2研究无铅压电陶瓷的意义

1.3无铅压电陶瓷的研究现状

1.3.1无铅压电陶瓷体系及其特点

1.3.2无铅压电陶瓷主要制备方法

1.4本论文的选题背景及主要研究内容

1.4.1选题背景

1.4.2本课题主要研究内容如下：

第二章直接反应烧结法对BNBT67陶瓷性能及显微结构的影响

2.1引言

2.2实验方法的选择

2.3配方及原料的选择

2.3.1本实验采用的配方为：

2.3.2原料的选择和处理

2.4 工艺流程与工艺条件

2.5材料的主要性能参数测试及显微结构表征方法

2.6直接反应烧结工艺

2.6.1烧结温度的确定

2.6.2保温时间的确定

2.6.3升温曲线

2.7极化工艺

2.7.1极化电场的选择

2.7.2极化温度的选择

2.7.3极化时间的选择

2.8两种烧结法对BNBT陶瓷收缩率影响的比较

2.9直接反应烧结法对BNBT67陶瓷性能的影响

2.10直接反应烧结法对BNBT67陶瓷相组成和显微组织的影响

2.11小结

第三章铟掺杂对BNBT7陶瓷性能及显微结构的影响

3.1引言

3.2 BNBT7无铅压电陶瓷掺杂改性现状

3.3配方的设计及烧结温度的确定

3.3.1配方的设计

3.3.2烧结温度的确定

3.4 BNBT7陶瓷压电、介电性能与In2O3含量的关系

3.5铟掺杂对BNBT7陶瓷相组成和显微组织的影响

3.6小结

第四章结论

参考文献

附录：攻读硕士学位期间发表和即将发表的学术论文

致谢