【摘要】：本論文采用固相合成法來(lái)制備Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3-BaTiO_3二元體系無(wú)鉛壓電陶瓷。首先,以Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3為基體,通過(guò)改變摻入的第二組元BaTiO_3的量,根據(jù)XRD的物相分析結(jié)果準(zhǔn)確尋找其組成范圍內(nèi)的三方-四方相的兩相界面,即準(zhǔn)同型相界(MPB)區(qū)域,同時(shí)研究成份在準(zhǔn)同型相界附近的物相、微觀形貌及壓電、介電性能,選出性能最佳的組成配方作為基體,進(jìn)行下一步的摻雜改性研究;第二步,選擇Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3-Ba TiO_3二元陶瓷準(zhǔn)同型相界附近性能最佳的組成為基體,引入同價(jià)態(tài)的K~+、Li~+對(duì)Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3鈣鈦礦結(jié)構(gòu)A位的的Na~+進(jìn)行部分取代,以期改善的燒結(jié)特性、提高其壓電性能;第三步,分別摻入燒結(jié)助劑MnO_2,以及稀土氧化物CeO_2,研究MnO_2摻雜對(duì)準(zhǔn)同型相界處的Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3-BaTiO_3二元陶瓷燒結(jié)特性和機(jī)電性能的影響,研究CeO_2摻雜對(duì)其物相結(jié)構(gòu)和壓電、介電性能的影響。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下:1)在室溫時(shí),Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3是三方相,BaTiO_3是四方相,Ba TiO_3能夠很好地與Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3固溶,當(dāng)x≤0.08時(shí)為單一的鈣鈦礦結(jié)構(gòu),表明Ba~(2+)已經(jīng)進(jìn)入到晶格中,并在x=0.10時(shí)出現(xiàn)了雜相;隨著B(niǎo)aTiO_3含量x的增大,晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生發(fā)生三方-四方相的轉(zhuǎn)變,當(dāng)x≤0.05時(shí)為單一的三方相結(jié)構(gòu),0.06≤x≤0.08時(shí)為三方-四方相共存的準(zhǔn)同形相界區(qū)域,x=0.10時(shí)完全轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆较嘟Y(jié)構(gòu);并且BaTiO_3的加入能夠很好地提高其性能,組成在準(zhǔn)同形相界區(qū)域時(shí),壓電常數(shù)d_(33)由80pC/N提升至120pC/N以上;另外,隨著B(niǎo)a TiO_3含量的增加,陶瓷樣品的居里溫度T_C下降。在1100℃~1180℃燒結(jié)制備的BNBT7樣品,能夠形成三方-四方相共存的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)陶瓷。當(dāng)BaTiO_3含量為x=0.07,燒結(jié)溫度為1160℃時(shí)陶瓷樣品具有最優(yōu)的綜合性能:d_(33)=132pC/N,k_p=0.221,ε_(tái)r=831,tanδ=0.0255,密度ρ=5.79g/cm~3,居里溫度T_C=280℃。2)在MPB成份附近的(1-x)BNT-xBT(選取組分x=0.07)基礎(chǔ)上,用K、Li取代部分Na構(gòu)建0.93Bi_(0.5)(Na_(0.82)K_(0.18-x)Li_x)_(0.5)TiO_3-0.07BaTiO_3陶瓷;K,Li與Na為同一主族元素,用K、Li取代Na,K、Li會(huì)占據(jù)部分原來(lái)A位的Na的位置,引起晶胞的畸變。隨著Li~+的摻入,Li~+摻入量為0.02≤x≤0.06時(shí)產(chǎn)生了雜相K_2Ti_6O_(13),當(dāng)Li~+的摻入量達(dá)到x=0.08雜相消失;當(dāng)Li~+的摻入量較低時(shí)以長(zhǎng)條狀晶粒為主,當(dāng)Li~+的摻入量達(dá)到x=0.06時(shí)長(zhǎng)柱狀晶粒消失,轉(zhuǎn)變?yōu)轭w粒狀晶粒;當(dāng)Li~+的摻入量為x=0.06,燒結(jié)溫度為1160℃時(shí)陶瓷樣品具有最佳的壓電、介電性能:d_(33)=145pC/N,k_p=0.180,Q_m=77,ε_(tái)r=1061,tanδ=0.0264。3)在0.93Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3-0.07BaTiO_3的基礎(chǔ)上,我們選擇MnO_2和CeO_2作為添加劑,期望能改善陶瓷的部分性能。錳作為一種多價(jià)元素,將其摻入到壓電陶瓷基體后,少量的Mn摻雜可以有助于燒結(jié)過(guò)程,提高陶瓷的機(jī)械品質(zhì)因素Q_m和壓電性能;Ce作為一種常用的稀土摻雜物,摻入到陶瓷基體后,Ce離子會(huì)在晶界處聚集,會(huì)阻礙晶粒的長(zhǎng)大,使得陶瓷晶粒細(xì)化,提高了介電性能;MnO_2和CeO_2摻雜量較低時(shí),都能很好地溶入基體中,無(wú)雜相產(chǎn)生;摻雜量較低時(shí)能夠提高陶瓷的壓電、介電性能,摻雜量超過(guò)一定量時(shí)使陶瓷性能變差。
【圖文】：

電陶瓷材料在電子功能材料的應(yīng)用方面占據(jù)很大的比重，在軍工和民用方面廣泛的應(yīng)用，主要包括超聲換能器、濾波器、變壓器等[6-8]。在科技應(yīng)用越普及化的時(shí)代，壓電陶瓷等功能材料的研究愈加顯得重要。為了更好地了解材料的相關(guān)知識(shí)，我們就關(guān)于壓電體的一些基本理論以及壓電陶瓷材料的發(fā)應(yīng)用作一個(gè)簡(jiǎn)單的概述：.1.1 壓電效應(yīng)對(duì)壓電晶體在一定方向上施加一個(gè)作用力時(shí)，在晶體兩端表面會(huì)產(chǎn)生數(shù)量的異號(hào)電荷，在一定范圍內(nèi)作用于壓電晶體上的力越大，晶體兩端表面的正荷數(shù)量越多，我們稱之為正壓電效；反之，，在一定方向的電場(chǎng)作用下，壓電外形發(fā)生形變，在一定范圍內(nèi)，外加電場(chǎng)的強(qiáng)度越大，其形變程度越大，我之為逆壓電效應(yīng)，如圖 1-1 所示[9]。壓電效應(yīng)描述的是壓電材料的彈性與介之間的關(guān)系，壓電材料所具有的這種特有的性質(zhì)稱為壓電性。

內(nèi)的正負(fù)電荷中心重合，在外應(yīng)力作用下，發(fā)生形變后的晶胞仍然是不重合，晶體內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生凈電偶極矩。同理，對(duì)于逆外電場(chǎng)作用下能不能產(chǎn)生凈電偶極矩也是取決于晶體是否對(duì)稱晶體是否具有壓電性，主要取決于晶體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性。具有對(duì)能產(chǎn)生凈電偶極矩，就不具有具有壓電性[12-14]。在所有晶體，分為中心對(duì)稱和非中心對(duì)稱兩大類，其中沒(méi)有對(duì)稱中心共 的晶體不具有壓電性，故只有 20 個(gè)點(diǎn)群的晶體具有壓電性。稱型）沒(méi)有對(duì)稱中心是壓電晶體的共性，但是不具有對(duì)稱中心部都是壓電體。1 種沒(méi)有對(duì)稱中心的晶體結(jié)構(gòu)點(diǎn)群中，有 10 種極性類型的晶體熱釋電效應(yīng)。在這 10 種極性類型的熱釋電晶體中又有一部分壓電體、熱釋電體和鐵電體之間的關(guān)系，如圖 1-2 所示[15]。
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ174.75

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2622695