【摘要】：采用傳統(tǒng)陶瓷制備工藝制備了0.935Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3-0.065BaTiO_3無(wú)鉛壓電陶瓷,探討了制備工藝尤其是燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間對(duì)0.935Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3-0.065BaTiO_3無(wú)鉛壓電陶瓷結(jié)構(gòu)和性能的影響。XRD分析結(jié)果表明,在1130℃～1220℃所研究的燒結(jié)溫度范圍內(nèi),陶瓷為單一鈣鈦礦結(jié)構(gòu),且陶瓷處于三方相和四方相共存的準(zhǔn)同相界處;隨著燒結(jié)溫度的升高,四方相的比例增加;在1150℃時(shí),隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng),三方相的比例增加。顯微結(jié)構(gòu)分析表明,燒結(jié)溫度的增加和保溫時(shí)間的延長(zhǎng)都有利于晶粒逐漸長(zhǎng)大。當(dāng)燒結(jié)溫度為1150℃保溫時(shí)間為2.5h～6h時(shí),陶瓷具有較好的顯微形貌:晶粒尺寸較為均勻,平均尺寸約2μm。同時(shí),隨著燒結(jié)溫度的增加或者保溫時(shí)間的延長(zhǎng),壓電性能都呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。經(jīng)優(yōu)化后的工藝方案為1150℃燒結(jié),保溫時(shí)間為2.5～6h;優(yōu)化后的陶瓷性能最佳為:d33=194pC/N,Kp=24.67%,Tc=295.1℃,Pr=55mC/cm2,Ec3.5kV/mm。同樣采用傳統(tǒng)電子陶瓷制備方法制備了MnO_2摻雜0.935Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3-0.065BaTiO_3系壓電陶瓷。利用XRD研究MnO_2摻雜的0.935Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3-0.065BaTiO_3壓電陶瓷的相,利用SEM觀察陶瓷的微觀形貌。同時(shí)利用研究了壓電陶瓷的鐵電性能,介電性能及相關(guān)壓電系數(shù)。研究發(fā)現(xiàn):MnO_2摻雜后的0.935Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3-0.065BaTiO_3體系呈現(xiàn)典型的鈣鈦礦結(jié)構(gòu);隨MnO_2含量的增加,晶粒尺寸逐漸長(zhǎng)大,密度呈下降趨勢(shì),居里溫度有略微升高;此外,摻雜含量為0.002時(shí),燒結(jié)溫度為1130℃制備的壓電陶瓷展現(xiàn)了較為理想的壓電性能(d33=199pC/N,Kp=26.79%,Tc=280℃,tand=0.046。)。利用電子陶瓷制備方法制備了多組(1-x)(0.935Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3-0.065BaTiO_3)-x K_(0.5)Bi_(0.5)Ti O_3無(wú)鉛壓電陶瓷材料,并研究了不同燒結(jié)溫度對(duì)其性能的影響。SEM結(jié)果表明,隨著KBT含量上升,陶瓷的晶粒尺寸受到抑制,K+含量的增加使得柱狀晶出現(xiàn)。XRD結(jié)果表明,所有的陶瓷樣品均為單一的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。隨著燒結(jié)溫度的升高,四方相的比例增加,同時(shí)KBT含量的增加也會(huì)使四方相的比例增加。在1170℃燒結(jié)的陶瓷樣品中,K_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3含量為0.02的樣品具有較好的壓電性能(d33=191pC/N)。所有的陶瓷樣品具有較高的居里溫度(Tc=299℃～324℃)和較好的聲學(xué)性能(NP3000 Hz?m)。采用傳統(tǒng)電子陶瓷制備方法制備了純鈣鈦礦相的(1-x)(0.98(0.935Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3-0.065Ba TiO_3)-0.02K_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3)-xK2Al_(0.5)Nb_(0.5)O_3系無(wú)鉛壓電陶瓷。利用X-射線衍射分析和掃描電子顯微鏡對(duì)該體系的相結(jié)構(gòu)及微觀形貌進(jìn)行分析:隨著x增大,該體系逐漸向四方相轉(zhuǎn)變,K2Al_(0.5)Nb_(0.5)O_3在研究范圍內(nèi)可以顯著促進(jìn)晶粒生長(zhǎng)。通過(guò)對(duì)體系中樣品的電學(xué)性能研究發(fā)現(xiàn):K2Al_(0.5)Nb_(0.5)O_3摻入量的增加使該體系的介電性能降低;過(guò)多的摻入K2Al_(0.5)Nb_(0.5)O_3使該體系壓電性能急劇降低。系列樣品的介溫曲線顯示,該體系樣品呈現(xiàn)弛豫彌散相變特性。研究發(fā)現(xiàn),K2Al_(0.5)Nb_(0.5)O_3的摻入改善了陶瓷體系的電學(xué)性能,剩余極化強(qiáng)度Pr40mC/cm2,矯頑場(chǎng)Ec2.1kV。當(dāng)x=0.001時(shí),陶瓷樣品有最好的壓電性能(d33=197pC/N,Kp=22.04%)。
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【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TQ174.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2441724