本文關(guān)鍵詞：鈮酸鉍鍶基鉍層狀結(jié)構(gòu)復(fù)相陶瓷的制備與性能研究

  更多相關(guān)文章： 鉍層狀結(jié)構(gòu) 鈣鈦礦結(jié)構(gòu) 復(fù)相陶瓷 彌散相變 弛豫鐵電體 介電性能

【摘要】：隨著目前開發(fā)無鉛壓電陶瓷元器件的大趨勢,鉍層狀結(jié)構(gòu)壓電材料因其具有較高居里溫度、低老化率、高擊穿場強(qiáng)、低介電常數(shù)、高機(jī)械品質(zhì)因數(shù)和優(yōu)異的諧振頻率穩(wěn)定性,在高溫、高頻以及信息存儲領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景而備受關(guān)注。但單一的鉍層狀結(jié)構(gòu)壓電材料因結(jié)構(gòu)的特殊性存在難以實(shí)用化的缺點(diǎn),因此本文從鉍層狀結(jié)構(gòu)材料的自發(fā)極化機(jī)制出發(fā),結(jié)合復(fù)相模型及分子動力學(xué)模型,采用分步合成工藝,選擇性能優(yōu)異的二層鉍層狀結(jié)構(gòu)化合物SrBi2Nb2O9與鈣鈦礦結(jié)構(gòu)Na0.5Bi0.5TiO3進(jìn)行復(fù)合,制備鉍層狀結(jié)構(gòu)復(fù)相無鉛壓電陶瓷,從組分、基質(zhì)顆粒以及復(fù)合工藝角度研究其高溫下的介電與壓電性能的作用規(guī)律,尋求適用于高溫固態(tài)傳感器和探測器的復(fù)相結(jié)構(gòu)新材料。采用分步固相燒結(jié)工藝成功制備了(1-x)Sr Bi2Nb2O9-xNa0.5Bi0.5TiO3(SBN-NBT,x=0.1,0.2,0.3,0.4,0.5)鉍層狀結(jié)構(gòu)復(fù)相無鉛壓電陶瓷。利用X射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)及介電和壓電測試系統(tǒng)等測試手段或技術(shù)對陶瓷樣品的相結(jié)構(gòu)、微觀形貌和電性能進(jìn)行表征。結(jié)果表明:樣品均形成了鈣鈦礦結(jié)構(gòu)相與鉍層狀結(jié)構(gòu)相兩相共存的復(fù)相結(jié)構(gòu),其中鉍層狀結(jié)構(gòu)相隨NBT引入量增多由SBN逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槎䦟优c三層BLSF插層結(jié)構(gòu)相,再轉(zhuǎn)變?yōu)槿龑鱼G層狀相。隨著NBT組分的增加,相變峰向高溫移動,鐵電-順電相變峰值介電常數(shù)隨之減小,相應(yīng)的介電峰半高寬的彌散度增大,鐵電 順電相變彌散程度增強(qiáng),當(dāng)x=0.4時樣品彌散因子γ達(dá)到1.95,表現(xiàn)出典型的弛豫鐵電體的相變特征。當(dāng)x=0.1時,樣品的電性能達(dá)到最佳值:Curie溫度TC、室溫介電常數(shù)和d33分別達(dá)到474℃、177和13 pC·N 1。其次,在上述分步固相燒結(jié)工藝基礎(chǔ)上,改變預(yù)合成相粉體的制備工藝,以熔鹽法制備的片狀晶粒SBN/NBT以及溶膠-凝膠合成的超細(xì)晶粒SBN/NBT作為前驅(qū)預(yù)合成相,采用分步合成工藝制備SBN-NBT(x=0.1,0.2,0.3,0.4)體系,探究SBN/NBT預(yù)合成相粉體制備工藝對復(fù)相陶瓷的結(jié)構(gòu)及性能的影響。研究發(fā)現(xiàn):粉體的制備工藝對相結(jié)構(gòu)變化產(chǎn)生了明顯的影響,熔鹽法制備的片狀晶粒SBN/NBT成功合成了SBN-NBT(x=0.1,0.2,0.3,0.4)鉍層狀結(jié)構(gòu)復(fù)相無鉛壓電陶瓷,其中鉍層狀結(jié)構(gòu)相在x≤0.2時為SBN相,在x≥0.3時由SBN轉(zhuǎn)變?yōu)?層與3層BLSF插層結(jié)構(gòu)相。溶膠-凝膠制備的超細(xì)晶粒SBN/NBT則合成了鉍層狀結(jié)構(gòu)固溶體相陶瓷樣品,無鈣鈦礦相。隨著NBT組分的增加,片狀晶粒合成的復(fù)相陶瓷樣品的Curie溫度逐漸增加,Curie溫度對應(yīng)的相變峰峰值εr逐漸減小,鐵電 順電相變彌散程度逐漸增強(qiáng),具有典型的介電弛豫特征。為了進(jìn)一步開發(fā)高溫高性能的鉍層狀結(jié)構(gòu)無鉛壓電陶瓷,基于TTG、復(fù)相陶瓷的優(yōu)勢,采用水熱法在二維片狀晶粒Sr Bi2Nb2O9的表面成功修飾了壓電性能更加優(yōu)異的0.8Na0.5Bi0.5TiO3-0.2K0.5Bi0.5TiO3納米顆粒,無雜相生成。再經(jīng)干壓成型、固相燒結(jié)制備了(1-x)SrBi2Nb2O9-x(0.8Na0.5Bi0.5TiO3-0.2K0.5Bi0.5TiO3)(x=0.1,0.3,0.4,0.5,0.6,SBN-NKBT)系列復(fù)相陶瓷。研究發(fā)現(xiàn):當(dāng)x=0.1時樣品就已經(jīng)出現(xiàn)了的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)相NKBT,而鉍層狀結(jié)構(gòu)相隨NKBT引入量增多由SBN逐漸轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變?yōu)槿龑鱼G層狀相,無中間相二層與三層插層結(jié)構(gòu)相。隨著NBT組分的增加,居里溫度由440℃逐漸增大600℃以上,鐵電-順電相變峰值介電常數(shù)隨之減小,相應(yīng)的介電峰半高寬的彌散度增大,鐵電 順電相變彌散程度增強(qiáng)。當(dāng)x=0.1時,樣品的電性能達(dá)到最佳值:居里溫度Tc達(dá)到487℃,室溫介電常數(shù)為123,d33達(dá)到17 pC·N-1。
【關(guān)鍵詞】：鉍層狀結(jié)構(gòu) 鈣鈦礦結(jié)構(gòu) 復(fù)相陶瓷 彌散相變 弛豫鐵電體 介電性能
【學(xué)位授予單位】：西安科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ174.1
【目錄】：

• 摘要2-4
• ABSTRACT4-9
• 1 緒論9-16
• 1.1 壓電陶瓷簡介9
• 1.2 壓電陶瓷的研究現(xiàn)狀9-11
• 1.3 鉍層狀結(jié)構(gòu)無鉛壓電陶瓷11-14
• 1.3.1 鉍層狀結(jié)構(gòu)無鉛壓電陶瓷的結(jié)構(gòu)及分類11-12
• 1.3.2 鉍層狀陶瓷性能優(yōu)化常用方法12-13
• 1.3.3 SrBi_2Nb_2O_9的研究現(xiàn)狀13-14
• 1.4 本論文研究的意義及內(nèi)容14-16
• 1.4.1 本論文研究的意義14
• 1.4.2 本論文研究的內(nèi)容14-16
• 2 鉍層狀結(jié)構(gòu)復(fù)相材料優(yōu)化設(shè)計(jì)與性能預(yù)測16-29
• 2.1 引言16-17
• 2.2 鉍層狀結(jié)構(gòu)復(fù)相材料性能預(yù)測17-24
• 2.2.1 鉍層狀結(jié)構(gòu)材料的自發(fā)極化機(jī)制17-19
• 2.2.2 鉍層狀結(jié)構(gòu)復(fù)相材料介電性能預(yù)測19-22
• 2.2.3 鉍層狀結(jié)構(gòu)復(fù)相材料的壓電機(jī)制22-24
• 2.3 鉍層狀結(jié)構(gòu)復(fù)相材料的組成優(yōu)化設(shè)計(jì)24-29
• 2.3.1 組成設(shè)計(jì)24-26
• 2.3.2 實(shí)驗(yàn)技術(shù)路線設(shè)計(jì)26-29
• 3 SBN-NBT復(fù)相材料的制備及性能研究29-46
• 3.1 引言29-30
• 3.2 陶瓷樣品的結(jié)構(gòu)測試和性能表征30-33
• 3.2.1 陶瓷樣品的密度30
• 3.2.2 陶瓷樣品的相結(jié)構(gòu)測試30
• 3.2.3 微觀形貌表征30
• 3.2.4 介電性能表征30-32
• 3.2.5 壓電性能表征32-33
• 3.3 SBN-NBT體系陶瓷的結(jié)構(gòu)與電學(xué)性能分析33-40
• 3.3.1 SBN-NBT相結(jié)構(gòu)分析33-34
• 3.3.2 SBN-NBT微觀組織結(jié)構(gòu)分析34
• 3.3.3 SBN-NBT介電與壓電性能34-40
• 3.4 粉體制備工藝對SBN-NBT體系的影響40-45
• 3.4.1 粉體制備工藝對SBN-NBT體系的相結(jié)構(gòu)影響40-42
• 3.4.2 粉體制備工藝對SBN-NBT體系的微觀形貌影響42
• 3.4.3 粉體制備工藝對SBN-NBT體系的電學(xué)性能影響42-45
• 3.5 本章小結(jié)45-46
• 4 水熱法制備SBN-NKBT復(fù)相陶瓷46-58
• 4.1 引言46-47
• 4.2 實(shí)驗(yàn)47-49
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)原料與設(shè)備47
• 4.2.2 粉體的制備47-49
• 4.3 SBN-NKBT粉體相結(jié)構(gòu)及形貌49-50
• 4.3.1 SBN-NKBT粉體相結(jié)構(gòu)49
• 4.3.2 SBN-NKBT粉體形貌49-50
• 4.4 SBN-NKBT體系陶瓷的結(jié)構(gòu)與電學(xué)性能分析50-57
• 4.4.1 SBN-NKBT體系陶瓷的相結(jié)構(gòu)50-51
• 4.4.2 SBN-NKBT體系陶瓷的微觀形貌51-52
• 4.4.3 SBN-NKBT體系陶瓷的電學(xué)性能52-57
• 4.5 本章小結(jié)57-58
• 5 結(jié)論與展望58-60
• 5.1 結(jié)論58-59
• 5.2 展望59-60
• 致謝60-61
• 參考文獻(xiàn)61-65
• 附錄65

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李紅梅,鞠晶,林建華;層狀硼酸鈹H_2BeB_4O_8的合成與結(jié)構(gòu)[J];無機(jī)化學(xué)學(xué)報;2002年08期

2 楊改英;層狀結(jié)構(gòu)過渡金屬硫化物的結(jié)構(gòu)特征研究[J];材料導(dǎo)報;1999年04期

3 李永鎮(zhèn);鄧守強(qiáng);;高爐內(nèi)初渣流動規(guī)律性的探討[J];鋼鐵;1980年04期

4 魏銘擰;甘新平;;CSH凝膠結(jié)構(gòu)的研究[J];武漢工業(yè)大學(xué)學(xué)報;1991年01期

5 周正,丁培道;金屬M(fèi)g/SiO_2玻璃的高溫反應(yīng)及其所形成的層狀結(jié)構(gòu)[J];硅酸鹽學(xué)報;2002年05期

6 何雨石;裴力;馬紫峰;;層狀結(jié)構(gòu)Li[Ni,Co,Mn]O_2正極材料制備與改性研究進(jìn)展[J];化工進(jìn)展;2007年03期

7 薛江云,吳繼勛,楊德鈞;電沉積銅鈷層狀結(jié)構(gòu)材料的研究[J];電鍍與精飾;1997年02期

8 郝華,馬麟,羅大兵,劉韓星;鉍層狀結(jié)構(gòu)無鉛壓電材料的改性[J];佛山陶瓷;2004年04期

9 宋海彬,孟祥敏,賀連龍,葉恒強(qiáng),張衛(wèi)軍,陳國良;Ti-45Al-10Nb合金α_2+γ層狀結(jié)構(gòu)中的ω相[J];金屬學(xué)報;2001年08期

10 林磊,龔微,張啟衛(wèi);層狀結(jié)構(gòu)MnO_2的制備及性能研究[J];三明高等專科學(xué)校學(xué)報;2002年04期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前9條

1 陳志新;邢嬌秀;;黃土高邊坡層狀結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性關(guān)系研究[A];2002年中國西北部重大工程地質(zhì)問題論壇論文集[C];2002年

2 楊昌輝;張國富;吳多賢;;北盤江董箐水電站層狀結(jié)構(gòu)砂巖與泥巖邊坡變形破壞模式分析[A];中國水力發(fā)電工程學(xué)會第四屆地質(zhì)及勘探專業(yè)委員會第一次學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2008年

3 楊昌輝;張國富;吳多賢;;北盤江董箐水電站層狀結(jié)構(gòu)砂巖與泥巖邊坡變形破壞模式分析[A];貴州省巖石力學(xué)與工程學(xué)會2008年學(xué)術(shù)年會論文集[C];2008年

4 張波;馮美玲;戚興輝;黃小滎;;一例層狀結(jié)構(gòu)鍺-銻異金屬硫?qū)倩颷A];中國化學(xué)會第29屆學(xué)術(shù)年會摘要集——第13分會：晶體工程[C];2014年

5 陳蓓;程川;;Si_3N_4/SiC層狀結(jié)構(gòu)陶瓷摩擦磨損性能研究[A];2007高技術(shù)新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展研討會暨《材料導(dǎo)報》編委會年會論文集[C];2007年

6 蘇玉長;鄒啟凡;禹萍;蘇繼桃;;層狀結(jié)構(gòu)LiMnO_2正極材料的結(jié)構(gòu)與性能[A];第八屆全國X射線衍射學(xué)術(shù)會議論文集[C];2003年

7 徐明考;李麗芳;;層狀結(jié)構(gòu)有機(jī)-無機(jī)復(fù)合流滴劑的制備與性能表征[A];中國化學(xué)會第十二屆膠體與界面化學(xué)會議論文摘要集[C];2009年

8 駱軍;朱航天;梁敬魁;李靜波;饒光輝;;層狀結(jié)構(gòu)Birnessite型MnO_2納米墻及其磁性[A];中國晶體學(xué)會第四屆全國會員代表大會暨學(xué)術(shù)會議學(xué)術(shù)論文摘要集[C];2008年

9 王少華;卞振鋒;霍宇凝;任潔;李和興;;層狀結(jié)構(gòu)TiO_2微米球的制備及其光催化性能的研究[A];第五屆全國環(huán)境催化與環(huán)境材料學(xué)術(shù)會議論文集[C];2007年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 本報記者 駱會欣;中空層狀結(jié)構(gòu)讓立體綠化升級[N];中國花卉報;2007年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 李婷;基于傳輸線矩陣法的層狀結(jié)構(gòu)探地雷達(dá)正反演研究[D];長安大學(xué);2014年

2 解玉鵬;SiC_w/SiC層狀結(jié)構(gòu)陶瓷的制備與強(qiáng)韌化[D];西北工業(yè)大學(xué);2015年

3 劉陽;水系電化學(xué)儲能體系錳氧化物電極材料的制備及性能[D];華中科技大學(xué);2014年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前8條

1 湯普;激勵方式對工程層狀結(jié)構(gòu)缺陷超聲響應(yīng)的影響[D];湘潭大學(xué);2016年

2 劉城;高鎳層狀結(jié)構(gòu)LiNi_(0.8)Co_(0.15)Al_(0.05)O_2正極材料的合成與性能研究[D];天津理工大學(xué);2016年

3 周康;鈮酸鉍鍶基鉍層狀結(jié)構(gòu)復(fù)相陶瓷的制備與性能研究[D];西安科技大學(xué);2016年

4 張艷;基于模型試驗(yàn)的層狀結(jié)構(gòu)物層底應(yīng)變分析[D];長安大學(xué);2014年

5 李瑩;鉍層狀結(jié)構(gòu)鐵電材料組成設(shè)計(jì)與性能優(yōu)化[D];西安科技大學(xué);2008年

6 李超;人類大腦枕葉皮質(zhì)層狀結(jié)構(gòu)的出生前發(fā)育[D];山東大學(xué);2015年

7 冼凱;考慮粘性的壓電層狀結(jié)構(gòu)中SH波的傳播[D];寧波大學(xué);2009年

8 任志峰;陰離子型層狀結(jié)構(gòu)水處理功能材料[D];北京化工大學(xué);2002年

，

本文編號：673421