铌酸锶铋的水热法制备及性能研究

摘要

铌酸锶铋压电陶瓷具有优良的压电性能、良好的抗疲劳性能及良好的谐振频率温度稳定性[1],适合于高温高频领域、能量转换和存储器方面应用[2],是无铅压电陶瓷领域最有潜力的材料之一。但目前铌酸锶铋压电陶瓷的制备主要是采用传统固相法,固相法合成温度高,晶粒尺寸均匀性差,影响了陶瓷粉料性能。本文采用水热法,使用较为低廉的原料,在较低温度和较短时间内制备出纯相的SrBi2Nb2O9陶瓷粉体,并进行了SrBiENb2O9陶瓷烧结及性能研究。
　　 研究结果表明:水热法合成SrBi2Nb2O9陶瓷粉体的最佳反应条件为:在240℃下保温4h,矿化剂浓度为2mol/L,较固相法的合成温度降低了600℃以上,较熔盐法降低合成温度400℃左右。在此合成条件下,粉体均匀无团聚,颗粒形貌均匀,颗粒表面有明显的片状、针状结构,烧结活性较大,粉体粒径约为1μm。
　　 对比水热反应中三因素对反应结果的影响,可知反应温度对实验结果的影响最大,当矿化剂浓度低于2mol/L时,矿化剂浓度对结果的影响比反应时间的影响大,当矿化剂浓度高于2mol/L时,反应时间对结果的影响大于矿化剂浓度的影响。提高反应时间,粉体的形貌均匀。
　　 水热法制备的SrBi2Nb2O9陶瓷粉体在不同温度下的烧结情况表明:在900℃保温2h即得到纯相的SrBi2Nb2O9陶瓷,衍射峰尖锐狭窄。引入SiO2为烧结助剂,可明显提高SrBiENb2O9陶瓷的烧结性能,提高了陶瓷体的致密度,SrBi2Nb2O9陶瓷的居里温度450℃左右。其压电系数最大达10pC/N,较固相法改善了材料的压电性能。水热法制得的陶瓷粉体有利于了铁电性能的优化,陶瓷的剩余极化最高达10.7μC/cm2,是固相法制备的SBN陶瓷的2倍以上。
　　 本研究使用的原料价格低廉,工艺简单,水热法制得的粉体性能稳定、粒径分布均匀、烧结活性高、有助于铁电压电性能的提升,具有较好的应用前景。