本文關(guān)鍵詞：BCZT基無(wú)鉛壓電陶瓷摻雜改性后組織與性能的研究

  更多相關(guān)文章： 摻雜改性 無(wú)鉛壓電陶瓷 微觀組織結(jié)構(gòu) 電性能

【摘要】：(Ba,Ca)(Zr,Ti)O3(簡(jiǎn)稱(chēng)BCZT)基無(wú)鉛壓電陶瓷是通過(guò)BT基的A、B位離子復(fù)合取代而得,是一種性能優(yōu)異的壓電鐵電材料。為了獲得BCZT基無(wú)鉛壓電陶瓷優(yōu)良的電性能,本論文以(Ba0.85Ca0.15)(Ti0.9Zr0.1)O3無(wú)鉛壓電陶瓷為基體,采用傳統(tǒng)固相燒結(jié)法,以SnO2, Bi2O3、TbDyFe、Li2CO3為摻雜物,制備了BCZT基無(wú)鉛壓電陶瓷,研究了摻雜對(duì)無(wú)鉛壓電陶瓷的顯微組織、相結(jié)構(gòu)和電性能的影響。研究結(jié)果如下：(1) 研究了SnO2摻雜量對(duì)(Ba0.85Ca0.15)(Ti0.9Zr0.1-xSnx)O3(x=0.02,0.04,0.06,0.08mol)(簡(jiǎn)稱(chēng)BCZT-Sx)無(wú)鉛壓電陶瓷的相結(jié)構(gòu)、電學(xué)性能及介電弛豫行為的影響。結(jié)果表明：所有樣品均為純的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。在室溫附近存在三方相-四方相的轉(zhuǎn)變溫度TR-T。隨著SnO2摻雜量的增加,TR-T和居里溫度Tc均向低溫方向移動(dòng)。陶瓷的彌散系數(shù)γ=1.76,具有典型的彌散相變特征與介電弛豫行為。當(dāng)x=0.02 mol時(shí),BCZT-Sx樣品具有最佳的電性能：壓電常數(shù)d33 = 553 pC/N,機(jī)電耦合系數(shù)kp=49%,相對(duì)介電常數(shù)εr~6045(1kHz),介電損耗tan δ- 1.7%(1 kHz),剩余極化強(qiáng)度Ec=2.2kV/cm矯頑場(chǎng)Pr=5.45μ(?)(2) 研究了Bi2O3摻雜量對(duì)Ec=2.2kV/cm簡(jiǎn)稱(chēng)(Ba0.85Ca0.15)(Ti0.9Zr0.08Sn0.02)O3-xBi203(x=0,0.02,0.04,0.06,0.08wt.%)(無(wú)鉛壓電陶瓷的顯微組織、相結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：所有組分均出現(xiàn)純的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)衍射峰。隨著B(niǎo)i2O3摻雜量的增加,陶瓷樣品的晶粒細(xì)化,組織較均勻。由介電溫譜可知,摻雜Bi2O3后能提高BCZTS-xBi)無(wú)鉛壓電陶瓷的居里溫度。當(dāng)x=0.02wt.%時(shí),BCZTS樣品具有最佳的電性能：壓電常數(shù)BCZTS-xBi機(jī)電耦合系數(shù)kp=41%,相對(duì)介電常數(shù)εr～3844(1 kHz),介電損耗d33 = 430 pC/N,剩余極化強(qiáng)度tanδ～1.8%(1 kHz),矯頑場(chǎng)Ec=3.65kV/cm;(3)研究了TbDyFe摻雜量對(duì)(Ba0.85Ca0.15)(Ti0.9Zr0.08Sn0.02)O3-xTbDyFe(x=0.1,0.2,0.3,0.4wt.%)(簡(jiǎn)稱(chēng)BCZTS-xTbDyFe)無(wú)鉛壓電陶瓷的微觀組織、相結(jié)構(gòu)和電性能的影響。結(jié)果表明：TbDyFe摻雜(Ba0.85Ca0.15)(Ti0.9Zr0.08Sn0.02)O3無(wú)鉛壓電陶瓷后均形成了典型的ABO3型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)固溶體；所有樣品顯微組織較均勻,晶界基本無(wú)孔洞。摻雜TbDyFe后降低了BCZTS無(wú)鉛壓電陶瓷的居里溫度。當(dāng)x=0.1wt.%時(shí),BCZTS-xTbDyFe樣品具有最佳的電性能：d33 = 500 pC/N, kp = 40 %, εr ~ 5955, tan δ ~ 1.9 %, Pr=6.6 μC /cm2, Ec=2 kV/cm。(4)研究了Li2CO3摻雜量對(duì)0.5Ba(Zr0.2Ti0.8)O3-0.5(Ba0.7Ca0.3)TiO3-x Li2 CO3 (x=0.5, 1, 2和3wt.%)(簡(jiǎn)稱(chēng)BCZT-xLi)無(wú)鉛壓電陶瓷的顯微組織、相結(jié)構(gòu)和電性能的影響。結(jié)果表明：當(dāng)x≤2wt.%時(shí),所有樣品均形成了純的ABO3型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)；當(dāng)x2wt.%時(shí),有新相生成,說(shuō)明Li2CO3摻雜量已經(jīng)超過(guò)BCZT固溶度極限。由樣品SEM可知,所有樣品顯微組織較均勻,晶界清晰,晶界處有少量的孔洞。當(dāng)x=0.5wt.%時(shí), BCZT-xLi陶瓷具有最佳的電性能,即d33=164pC/N kp= 44 %,εr =2365, tan δ = 1.78 %。
【關(guān)鍵詞】：摻雜改性 無(wú)鉛壓電陶瓷 微觀組織結(jié)構(gòu) 電性能
【學(xué)位授予單位】：貴州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TM282
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 第一章 緒論8-27
• 1.1 壓電陶瓷材料概述8-18
• 1.1.1 壓電效應(yīng)8-10
• 1.1.2 鐵電體10-12
• 1.1.3 壓電陶瓷材料12-14
• 1.1.4 壓電陶瓷的主要性能參數(shù)14-18
• 1.2 無(wú)鉛壓電陶瓷的研究現(xiàn)狀18-22
• 1.2.1 鈦酸鋇ABO_3型無(wú)鉛壓電陶瓷18-21
• 1.2.2 鈮酸鉀鈉基(KNN)無(wú)鉛壓電陶瓷21
• 1.2.3 鈦酸鉍鈉基(BNT)無(wú)鉛壓電陶瓷21-22
• 1.3 BCZT基無(wú)鉛壓電陶瓷的改性方法22-25
• 1.3.1 離子摻雜改性22-24
• 1.3.2 BCZT中Ba/Ca或Ti/Zr比的調(diào)整24
• 1.3.3 工藝改進(jìn)24-25
• 1.3.4 體系復(fù)合25
• 1.4 本文的研究目的及內(nèi)容25-27
• 第二章 實(shí)驗(yàn)材料及試驗(yàn)方法27-33
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料27-28
• 2.2 試驗(yàn)方法28-33
• 2.2.1 試驗(yàn)設(shè)備28-29
• 2.2.2 陶瓷的制備流程29-31
• 2.2.3 物相分析31
• 2.2.4 顯微組織分析31
• 2.2.5 壓電性能31
• 2.2.6 室溫介電性能31-32
• 2.2.7 平面機(jī)電耦合系數(shù)32
• 2.2.8 居里溫度32
• 2.2.9 鐵電性能32-33
• 第三章 SnO_2摻雜對(duì)BCZT壓電陶瓷電學(xué)性能及介電弛豫的影響33-41
• 3.1 SnO_2摻雜對(duì)BCZT陶瓷相結(jié)構(gòu)的影響33-34
• 3.2 SnO_2摻雜對(duì)不同溫度下介電性能的影響34-35
• 3.3 SnO_2摻雜對(duì)陶瓷彌散相變的影響35-38
• 3.4 SnO_2摻雜對(duì)室溫電性能的影響38-39
• 3.5 SnO_2摻雜對(duì)鐵電性能的影響39-40
• 3.6 本章小結(jié)40-41
• 第四章 Bi_2O_3摻雜對(duì)BCZTS壓電陶瓷相結(jié)構(gòu)及電學(xué)性能的影響41-48
• 4.1 Bi_2O_3摻雜對(duì)相結(jié)構(gòu)的影響41-42
• 4.2 Bi_2O_3摻雜對(duì)顯微組織的影響42-43
• 4.3 Bi_2O_3摻雜對(duì)室溫電性能的影響43-45
• 4.4 Bi_2O_3摻雜對(duì)不同溫度下介電性能的影響45-46
• 4.5 Bi_2O_3摻雜對(duì)鐵電性能的影響46
• 4.6 本章小結(jié)46-48
• 第五章 TbDyFe摻雜對(duì)BCZTS陶瓷相結(jié)構(gòu)及電學(xué)性能的影響48-55
• 5.1 TbDyFe摻雜對(duì)相結(jié)構(gòu)的影響48-49
• 5.2 TbDyFe摻雜對(duì)顯微組織結(jié)構(gòu)的影響49-50
• 5.3 TbDyFe摻雜對(duì)不同溫度下介電性能的影響50-52
• 5.4 TbDyFe摻雜對(duì)鐵電性能的影響52
• 5.5 TbDyFe摻雜對(duì)室溫電性能的影響52-54
• 5.6 本章小結(jié)54-55
• 第六章 Li_2CO_3摻雜對(duì)BCZT基陶瓷電性能的影響55-60
• 6.1 Li_2CO_3摻雜對(duì)相結(jié)構(gòu)的影響55-56
• 6.2 Li_2CO_3摻雜對(duì)顯微組織的影響56-58
• 6.3 Li_2CO_3摻雜對(duì)室溫電性能的影響58-59
• 6.4 本章小結(jié)59-60
• 第七章 結(jié)論60-62
• 參考文獻(xiàn)62-68
• 致謝68-69
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文69-70

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