本文選題：鈦酸鉍鈉基陶瓷　切入點(diǎn)：Rietveld精修　出處：《西北工業(yè)大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：鈦酸鉍鈉在室溫下有良好的鐵電性能,它是A位離子復(fù)合鈣鈦礦型鐵電體,并有相對(duì)較高的居里溫度(320°C)和大的剩余極化強(qiáng)度38μC/cm2,是一種具有良好發(fā)展前景的無(wú)鉛壓電陶瓷。因此,本文用傳統(tǒng)固相燒結(jié)方法制備了鈦酸鉍鈉基陶瓷,研究了不同摻雜類型對(duì)陶瓷的微觀形貌及電學(xué)性能的影響,探討了不同成分的陶瓷樣品的介電弛豫特性和相變特性。首先,利用傳統(tǒng)固相燒結(jié)方法制備出Bi_(0.5)Na0.5Ti1-xMnx O3-δ(BNTM10000x,x=0,0.25%,0.5%,0.75%,1%,1.5%,2%)陶瓷。在室溫下利用Rietveld方法對(duì)BNT和BNTM25陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行精修。研究發(fā)現(xiàn)少量的氧空位以及顯著增加的正方性和晶粒尺寸的變化使得MnO2的摻雜量為x=0.25%時(shí)Bi_(0.5)Na0.5Ti1-xMnxO3-δ陶瓷的機(jī)電耦合性能以及電學(xué)性能都達(dá)到最優(yōu)。過(guò)量的摻雜導(dǎo)致了氧空位的富集以及鐵電-弛豫相轉(zhuǎn)變并進(jìn)一步導(dǎo)致了電學(xué)性能的惡化。BNTM25陶瓷的剩余極化強(qiáng)度Pr=48.5mC/cm2,機(jī)電耦合系數(shù)kp=0.18,電滯應(yīng)變S33=0.24%,壓電系數(shù)d33=105 pC/N。除此之外,BNTM25陶瓷在室溫下經(jīng)過(guò)106次極化后幾乎沒(méi)有顯著疲勞,表明該組分無(wú)鉛壓電陶瓷材料具有潛在的應(yīng)用。其次,為了研究不同摻雜類型對(duì)BNT基壓電陶瓷的結(jié)構(gòu)及性能的影響,制備了Bi_(0.5)Na0.5MnxTi1-xO3、Bi_(0.5)Na0.5NbxTi1-xO3、Bi_(0.5)Na0.5(Mn0.5Nb0.5)xTi1-xO3和BNT陶瓷。詳細(xì)研究并分析了Mn受主摻雜、Nb施主摻雜以及二者共摻雜對(duì)BNT陶瓷晶體結(jié)構(gòu)及電學(xué)性能的影響及原因。通過(guò)抑制Ti4+?Ti3+的還原反應(yīng)以及含高密度局域化電子的缺陷偶極子的形成,MnNb共摻雜的BNT陶瓷顯著提高了材料的居里溫度以及去極化溫度。經(jīng)極化后相比于BNT陶瓷其剩余極化強(qiáng)度及總應(yīng)變均有提高。同時(shí),Nb2O5摻雜略微提高了BNT陶瓷的抗疲勞特性,MnCO3施主摻雜將BNT陶瓷的無(wú)疲勞極化次數(shù)提高到105次,而二者共摻雜的BNT陶瓷在疲勞極化106后無(wú)疲勞現(xiàn)象。最后,研究了三元(1-x)Bi_(0.5)(Na0.9K0.1)0.5TiO3 xSrTi0.8Zr0.2O3(SZT1000x,x=0,0.2%,0.4%,0.6%,0.8%,1%)陶瓷。室溫下測(cè)量的鐵電P E回線以及極化電流密度J E曲線充分說(shuō)明了加壓過(guò)程中鐵電疇以及納米極性微區(qū)(PNRs)的變化。大的應(yīng)變是因?yàn)樵谕怆妶?chǎng)為零時(shí)材料表現(xiàn)為非極性相,且在外電場(chǎng)下可以輕易地轉(zhuǎn)變成長(zhǎng)程鐵電相,一旦外電場(chǎng)消失,系統(tǒng)又回復(fù)到未極化狀態(tài)。為了研發(fā)出在較低的電場(chǎng)下具有大的應(yīng)變的陶瓷材料,研究了不同組分和不同外加電場(chǎng)時(shí)應(yīng)變的變化。發(fā)現(xiàn)當(dāng)SZT的摻雜量為0.6%mol時(shí),外加電場(chǎng)為50 kV/cm時(shí)應(yīng)變?yōu)?.44%,Smax/Emax達(dá)到744 pm/V。值得注意的是,該組分在外加電場(chǎng)僅僅為40 kV/cm時(shí)就得到了相對(duì)較大的應(yīng)變,此時(shí)Smax/Emax也達(dá)到了717pm/V,這意味著該材料有希望應(yīng)用到壓電驅(qū)動(dòng)器上。
[Abstract]:Sodium bismuth titanate has good ferroelectric properties at room temperature. It is a perovskite-type ferroelectric with a relatively high Curie temperature of 320 擄C) and a high residual polarization strength of 38 渭 C / cm ~ 2. It is a kind of lead-free piezoelectric ceramics with good prospects. In this paper, bismuth bismuth titanate based ceramics were prepared by traditional solid-state sintering method. The effects of different doping types on the microstructure and electrical properties of the ceramics were studied. The dielectric relaxation and phase transition characteristics of ceramic samples with different compositions were investigated. The Bi_(0.5)Na0.5Ti1-xMnx O3- 未 BNTM10000xnx 0.25x and 0.750.75 ceramics were prepared by conventional solid-state sintering method. The crystal structures of BNT and BNTM25 ceramics were refined by Rietveld method at room temperature. It was found that a small amount of oxygen vacancies and significant increase in square and grain size changes were observed. When the doping amount of MnO2 is x = 0.25, the electromechanical coupling properties and electrical properties of MnO2 ceramics are optimized. Excessive doping leads to the enrichment of oxygen vacancies and the transition of ferroelectric-relaxation phase and further leads to the evil of electrical properties. The residual polarization strength of BNTM25 ceramics is 48.5mC / cm ~ 2, the electromechanical coupling coefficient is 0.18, the hysteresis strain S _ 33N _ (0.24) is 0.24, and the piezoelectric coefficient is d33 ~ 105pC / N. in addition, the BNTM25 ceramics have almost no fatigue after 106 polarization at room temperature. In order to study the effect of different doping types on the structure and properties of BNT based piezoelectric ceramics. The effects of mn acceptor doping and co-doping on the crystal structure and electrical properties of BNT ceramics have been studied and analyzed in detail, including the preparation of Biaphe, Na0.5NbxTi1-xO3, Na0.5Nb0.5Nb0.5Nb, xTi1-xO3 and BNT ceramics. The effect of mn acceptor doping and co-doping on the crystal structure and electrical properties of BNT ceramics were studied and analyzed in detail. The effects of mn acceptor doping and co-doping on the crystal structure and electrical properties of BNT ceramics were studied and analyzed in detail. The effect of mn acceptor doping and co-doping on the crystal structure and electrical properties of BNT ceramics were investigated. The reduction reaction of Ti3 and the formation of defect dipoles containing high density localized electrons in BNT ceramics doped with Mn-Nb have significantly increased the Curie temperature and depolarization temperature. Compared with BNT ceramics, the remanent polarization is stronger after polarization. At the same time, the fatigue resistance of BNT ceramics was slightly improved by doping NB _ 2O _ 5, and the number of non-fatigue polarization of BNT ceramics was increased to 105 times by doping with MNO _ 3 donor. However, the co-doped BNT ceramics have no fatigue phenomenon after fatigue polarization. Finally, The changes of ferroelectric domains and nano-polar microregions (PNRs) during pressurization are well illustrated by the measurements of the ferroelectric P E loop and the polarization current density J E curves at room temperature. The field shows a nonpolar phase at 00:00. And the external electric field can be easily transformed into a long range ferroelectric phase. Once the external electric field disappears, the system returns to a non-polarized state. In order to develop ceramic materials with large strain at a lower electric field, The strain changes of different components and different applied electric fields are studied. It is found that when the doping amount of SZT is 0.6%mol and the applied electric field is 50 kV/cm, it should be changed to 0.44% Smax / Emax up to 744 pm / V. When the applied electric field is only 40 kV/cm, the strain of the component is relatively large, and the Smax/Emax reaches 717 pm / V, which means that the material can be applied to piezoelectric actuators.
【學(xué)位授予單位】：西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM282

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本文編號(hào)：1673056