本文關(guān)鍵詞：鉍層狀結(jié)構(gòu)無鉛壓電陶瓷的摻雜改性研究　出處：《聊城大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：鉍層狀結(jié)構(gòu)無鉛壓電陶瓷(BLSFs)因其具有較好的溫度穩(wěn)定性能,兼有居里溫度高、介電損耗低等特點(diǎn),成為高溫壓電材料研究領(lǐng)域中最為熱門的材料之一。本文主要研究了不同離子摻雜對(duì)鉍層狀無鉛壓電陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)變化和電學(xué)性能的影響,為獲得性能優(yōu)異的鉍層狀無鉛壓電陶瓷材料奠定相關(guān)理論和技術(shù)基礎(chǔ)。主要研究?jī)?nèi)容如下:1.采用傳統(tǒng)固相合成法制備了Sm~(3+)、Mo~(6+)和復(fù)合離子(K_(0.5)Bi_(0.5))~(2+)摻雜的SrBi_2Nb_2O_9(SBN)鉍層狀結(jié)構(gòu)無鉛壓電陶瓷。研究結(jié)果表明:摻雜Sm~(3+)、Mo~(6+)或(K_(0.5)Bi_(0.5))~(2+)離子,SBN陶瓷樣品均形成了典型的鉍層狀相結(jié)構(gòu)。其中,Sm~(3+)摻雜取代Bi~(3+),降低了SBN陶瓷的居里溫度,但壓電性能和鐵電性能取得明顯改善。當(dāng)摻雜量為0.03時(shí),取得最佳電學(xué)性能:2P_r=14μC/cm~2,d_(33)=19 pC/N,T_c=435℃。價(jià)態(tài)較高的Mo~(6+)摻雜取代B位Nb~(5+)離子,屬施主摻雜,減少氧空位的產(chǎn)生,使SBN陶瓷樣品的壓電和鐵電性能得到明顯提高。當(dāng)摻雜量為0.12時(shí),取得最佳電學(xué)性能:2P_r=20.34μC/cm~2,T_c=458℃,tanδ=0.495%,d_(33)=18 pC/N。復(fù)合離子(K_(0.5)Bi_(0.5))~(2+)摻雜取代Sr~(2+),促進(jìn)晶粒的生長(zhǎng),不僅提高了陶瓷樣品的居里溫度,壓電和鐵電性能也明顯改善。當(dāng)摻雜量為0.2,獲得最為優(yōu)異的剩余極化強(qiáng)度(2P_r=15.5μC/cm~2);當(dāng)摻雜量為0.5時(shí),取得最大壓電常數(shù)(d_(33)=21 pC/N)。摻雜量為0.2時(shí),取得優(yōu)異的綜合性能:2P_r=15.5μC/cm~2,d_(33)=20 pC/N,T_c=469℃,ρrd=95.9%。2.采用傳統(tǒng)固相合成法制備Na_(0.5)Bi_(4.5-x)Er_xTi_4O_(15)(NBET-x;x=0.00,0.006,0.012,0.018,0.025)和Na_(0.5)Bi_(4.5-x)(La_(0.5)Ce_(0.5))_xTi_4O_(15)(NBT-LCx;x=0.0,0.1,0.15,0.2,0.3)系列鉍層狀無鉛壓電陶瓷。研究結(jié)果表明,無論是Er~(3+)離子還是復(fù)合離子(La_(0.5)Ce_(0.5))~(3+)摻雜,都未改變NBT鉍層狀陶瓷的相結(jié)構(gòu),即均為單一的鉍層狀結(jié)構(gòu)。摻雜離子半徑較小的Er~(3+),提高了陶瓷樣品的居里溫度,并且溫度穩(wěn)定性較好的Er~(3+)離子取代易揮發(fā)的Bi~(3+),減少氧空位的同時(shí),更提高了鈣鈦礦層的化學(xué)穩(wěn)定性,從而提高陶瓷樣品的電學(xué)性能。當(dāng)摻雜量為0.012時(shí),獲得最佳電學(xué)性能:2P_r=17.2μC/cm~2,d_(33)=21pC/N,T_c=658℃。復(fù)合離子(La_(0.5)Ce_(0.5))~(3+)摻雜取代Bi~(3+),由于Ce離子為變價(jià)離子(Ce~(3+)和Ce4+),高價(jià)Ce~(4+)取代Bi~(3+)的過程中,屬施主摻雜,從而提高NBT陶瓷樣品的壓電性能。當(dāng)退火溫度達(dá)到430℃,陶瓷樣品NBT-LC_x(x0)的壓電性能依然保持在20pC/N以上,說明NBT-LC_x系列陶瓷不僅具有較高的壓電性能并兼具優(yōu)異的溫度穩(wěn)定性。3.采用傳統(tǒng)固相合成法制備Sr_(1-x)(K_(0.5)Ce_(0.5))_xNa_(0.5)Bi_(4.5)Ti_5O_(18)(KCSNBT-x,x=0.0,0.1,0.2,0.3)系列鉍層狀無鉛壓電陶瓷。研究結(jié)果表明:(K_(0.5)Ce_(0.5))~(2+)復(fù)合離子摻雜并未改變SNBT陶瓷的鉍層狀相結(jié)構(gòu),但隨摻雜量的增加,晶胞參數(shù)發(fā)生明顯的變化。(K_(0.5)Ce_(0.5))~(2+)復(fù)合離子摻雜對(duì)陶瓷的居里溫度影響并不明顯,但隨摻雜量的增加,KCSNBT-x陶瓷的鐵電及壓電性能取得顯著提高。當(dāng)摻雜量為0.3時(shí),取得較為優(yōu)異的綜合性能:2P_r=16.4μC/cm~2,d_(33)=21 pC/N,T_c=567℃。此外,當(dāng)退火溫度達(dá)到400℃,陶瓷的壓電性能依然保持在20 pC/N以上,表明KCSNBT-x陶瓷具有良好的溫度穩(wěn)定性能。
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本文編號(hào)：1386045