NaNbO3-Ba0.6(Bi0.5K0.5)0.4TiO3无铅压电陶瓷的制备与性能研究

摘要

铅基压电陶瓷因其优良的压电性能而广泛的应用在驱动器、传感器、变压器以及其它的机电器件。但是，铅基陶瓷中含有大量有毒的氧化铅，它们的使用严重的危害了生态环境及人类健康。因此，研发高性能的无铅压电陶瓷具有重要的社会和经济意义。
　　 本文采用传统的陶瓷固相反应方法制备了新型的无铅压电陶瓷材料(1-x)NaNbO3-xBa0.6(Bi0.5K0.5)0.4TiO3±1 mol％ MnO2(缩写为NN-BBKT)，并对其相变、微观结构、铁电性能和压电性能进行了研究。此外，也研究了MnO2的掺杂量对材料的微观结构和电学性能的影响。
　　 研究结果表明，(1-x)NaNbO3-xBa0.6(Bi0.5K0.5)0.4TiO3+1 mol％ MnO2无铅压电陶瓷具有单一的钙钛矿结构，没有杂相存在。少量的Ba0.6(Bi0.5K0.5)0.4TiO3(BBKT)掺杂（x≥.025）使NaNbO3从反铁电体转变成铁电体。当BBKT掺杂量较少时，陶瓷为普通的铁电体;但是过量的BBKT将使陶瓷的铁电-顺电相变发生了弥散。随着BBKT掺杂量的提高，陶瓷的居里温度降低，相对介电常数εr升高。在x≤0.075时陶瓷为正交相，随着x的增加，陶瓷逐渐的转变成四方相，当x进一步增加时，陶瓷最终变为赝立方相。因此，当在0.075＜x＜0.15时，陶瓷形成了准同型相界(MPB)。我们的研究结果显示出:当x=0.05时，陶瓷具有超高的Qm值(1862);在x＝0.10-0.175时，陶瓷具有优良的压电性能，其压电常数d33=105-131pC/N，平面机电耦合系数kp=20.8-26.5％。
　　 MnO2含量对NN-0.175BBKT-xmol％MnO2压电陶瓷的晶体结构和电学性能有重要影响。随着MnO2添加量的增加，陶瓷从四方相转变为赝立方相，居里温度降低，铁电-顺电相变在居里点处越来越弥散。由于Mn离子施主掺杂和受主掺杂的共同效应，在添加1mol％ MnO2后，陶瓷的压电性能、机电耦合系数、介电常数和机械品质因数都有相当大的提高:d33=131pC/N、kp=21.8％，Qm=627。

目录

声明

摘要

第一章 压电材料概述

1．1 压电效应

1．2 压电材料的分类

1．3 压电陶瓷的主要应用

1．4 压电陶瓷的主要性能参数

1．5 无铅压电陶瓷的发展

1．6 无铅压电陶瓷制造工艺的研究进展

1．7 本文选题和主要的研究内容

第二章 实验方法及性能测试

2．1 前言

2．2 陶瓷的制备工艺过程

2．3 粉料的选择与准备

2．4 原料的混合

2．5 原料的合成

2．6 造粒与成型

2．7 排胶与烧结

2．8 烧银和极化

2．9 实验原料及相关实验设备

2．10 结构分析与性能测试

第三章 NaNbO3-Bao．6(Bi0．5K0．5)0．4TiO3体系无铅压电陶瓷的制备与性能测试

3．1 前言

3．2 (1-x)NN-xBBKT-1mol％MnO2晶相结构分析

3．3 (1-x)NN-xBBKT-1mol％MnO2陶瓷的微观结构

3．4 (1-x)NN-xBBKT-1mol％MnO2陶瓷的介电温谱

3．5 (1-x)NN-xBBKT-1mol％MnO2陶瓷的铁电性能

3．6 (1-x)NN-xBBKT-1mol％MnO2陶瓷的压电性能

3．7 (1-x)NN-xBBKT-1mol％MnO2陶瓷的极化

3．8 本章小结

第四章 MnO2对0．825NaNbO3-0．175Ba0．6(Bi0．5K0．5)0．4TiO3陶 瓷结构和性能的影响

4．1 前言

4．2 NN-0．175BBKT-ymol%MnO2陶瓷的晶相结构

4．3 NN-0．175BBKT-ymol％MnO2陶瓷的微观结构

4．4 NN-0．175BBKT-ymol％MnO2陶瓷的介电温谱

4．5 NN-0．175BBKT-ymol％MnO2陶瓷的铁电性能

4．6 NN-0．175BBKT-ymol％MnO2陶瓷的压电性能

4．7 本章小结

第五章 全文总结与展望

5．1 总结

5．2 建议与展望

参考文献

致谢

在校科研成果