锆钛酸钡钙基无铅压电陶瓷的制备与电学性能的研究

摘要

压电陶瓷是一种能将电能和机械能相互转换的功能陶瓷材料，已被广泛应用于声表面波器件、超声换能器、声传感器等方面。自1954年以来，锆钛酸铅压电陶瓷是最普遍被利用的压电材料之一。但是，这类陶瓷材料含有超过60wt％的铅氧化物，在应用和废弃过程中会对生态环境造成破坏。随着人们对环境保护的日益重视，寻找一种高性能的无铅压电陶瓷是目前研究的热门。
　　(Ba0.85Ca0.15)(Zr0.1Ti0.9)O3(BCZT)压电陶瓷是目前无铅压电陶瓷研究方向的热点之一，其压电性能可与含铅压电陶瓷媲美。但是其存在烧结温度高、居里温度点低等缺点，期望通过工艺改进、掺杂改性和复合改性等来提高其性能。本论文以BCZT无铅压电陶瓷作为研究对象，在陶瓷粉体熔盐法制备、掺杂改性、不同体系复合等几个方面做了相关研究，主要内容如下：
　　1.分别采用固相法和熔盐法制备了BCZT无铅压电陶瓷，系统研究了熔盐法制备的工艺参数：如熔盐比例、预烧温度和烧结温度等。实验表明，熔盐法合成BCZT粉体可降低预烧温度450℃和烧结温度150℃并提高粉体活性。
　　2.采用传统固相法制备了BCZT-x mol%Gd2O3陶瓷，系统研究了两性稀土氧化物Gd2O3含量对BCZT陶瓷物相结构、微观面貌、介电性能、弥散相变、铁电性能和压电性能的影响。结果表明，x=0.2时两性稀土钆离子掺杂的BCZT陶瓷压电性能提高了80pC/N左右。
　　3.研究了BCZT与0.852(Bi0.5Na0.5)TiO3-0.12(Bi0.5K0.5)TiO3-0.028 BaTiO3（BKNT-BT）无铅压电陶瓷复合，系统分析了复合剂含量对BCZT陶瓷物相结构、微观面貌、介电性能、弥散相变、铁电性能和压电性能的影响。研究表明，1wt%的BKNT-BT复合可提高BCZT压电陶瓷的压电性能110pC/N左右。

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1 绪论

1.1 引言

1.2 无铅压电陶瓷简介

1.3 BCZT基无铅压电陶瓷的研究现状

1.4 本文研究的意义和内容

2 压电陶瓷的制备和测试

2.1 压电陶瓷的制备工艺

2.2 压电陶瓷所用仪器和原料

2.3 压电陶瓷的性能表征

3 锆钛酸钡钙无铅压电陶瓷的熔盐法合成研究

3.1 锆钛酸钡钙无铅压电陶瓷粉体的两种制备方法

3.2 实验结果与分析

3.3 本章小结

4 Gd2O3掺杂对BCZT无铅压电陶瓷性能的影响

4.1 钆掺杂的锆钛酸钡钙实验样品的制备

4.2 实验结果与分析

4.3 本章小结

5 锆钛酸钡钙无铅压电陶瓷的复合改性

5.1 BCZT和BKNT-BT无铅压电陶瓷的复合样品制备

5.2 实验结果与分析

5.3 本章小结

6 全文总结

致谢

参考文献

附录 作者在攻读硕士学位期间发表的论文