钛酸铋钠系无铅压电陶瓷固溶改性研究

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1、论文题目:钛酸铋钠系无铅压电陶瓷固溶改性研究专业:材料学硕士生:王瑾（签名）指导教师:杜慧玲（签名）摘要钛酸铋钠Na0.5Bi0.5TiO3(简称NBT)是A位复合离子结构钙钛矿型铁电体。本论文采用传统电子陶瓷制备方法在钛酸铋钠钾系无铅陶瓷固溶不同的钙钛矿结构组元，优化了准同型相界组成。通过结构分析探讨了钛酸铋钠钾系陶瓷的介电弛豫特性、相变特性以及材料的组成对铁电、压电性能的作用规律，并获得了具有高压电活性与铁电性的无铅压电陶瓷新材料组成体系。在钛酸铋钠钾、钛酸铋钠钾钡准同型相界的基础上，通过固溶钛酸铋锂，制备了NKBT-LBT、NKBBT

2、-LBT两大体系陶瓷。研究发现：在其组成范围内，两组体系均形成了单一的钙钛矿结构。通过XRD谱确定出NKBT-LBT、NKBBT-LBT系列陶瓷的准同型相界(MPB)范围分别是0.08≤x≤0.10和0.06≤x≤0.12；LBT的引入能够有效降低陶瓷的烧结温度，显著地细化晶粒；LBT组分的引入有助于改善其铁电性，剩余极化22强度Pr从7μc/cm增至15μc/cm(NKBT-LBT)且材料的压电活性也显著提高，在准同型相界处，压电常数d33达到了最高值(145pC/N)。为进一步研究钛酸铋钠钾系材料在A、B双位复合置换时性能变化。选取钛酸

3、铋钠钾陶瓷基础上固溶NaNbO3、KNbO3和LiNbO3，制备了致密的NKBT-NN、NKBT-KN和NKBT-LN陶瓷。在所研究的组成范围内，两组材料体系均形成了单一的钙钛矿结构。KNbO3的引入起到了细化晶粒的作用，弥散相变特征明显。NaNbO3的引入有效的改善了钛酸铋钠钾系材料的压电、铁电性能，压电常数d33提高到131pC/N。随着LiNbO3含量的增加，材料的矫顽场显著降低从29.1kV/cm降至19.7kV/cm；LiNbO3的引入对材料的介电性能影响明显，材料的铁电-反铁电相变峰也随着LN含量的增加而具有明显的移峰效应，同时

4、反铁电-顺电相变峰则表现为压峰效应，材料表现出明显的弛豫特性。为了进一步探索钛酸铋钠钾系材料结构与性能关系，引入钙钛矿结构BiFeO3与BiCoO3，获得了具有高压电性能的(1-x)Na0.4K0.1Bi0.5TiO3-xBiFeO3和(1-x)Na0.4K0.1Bi0.5TiO3-xBiCoO3无铅陶瓷，其准同型相界(MPB)范围分别为0.02≤x≤0.06和0.01≤x≤0.02。BiFeO3的引入有效的降低了体系的烧结温度，其压电常数d33先增大后减小，在准同型相界处，压电常数d33为127pC/N(x=0.06)。随着BiCoO3的

5、引入量加大，NKBT-BC陶瓷的弛豫度随逐渐增强。微量的BiCoO3可以提高该体系陶瓷的压电性能，万方数据其压电常数在x=0.02时达到最大值，d33=119pC/N。关键词：钛酸铋钠；准同型相界；介电弛豫；固溶改性研究类型：应用基础研究万方数据Subject:StudyonPropertyImprovementofNBT-basedLead-freePiezoelectricCeramicsSpecialty:MaterialScienceName:WangJin(Signature)Instructor:DuHuiling(Signat

6、ure)AbstractBismuthSodiumTitanateNa0.5Bi0.5TiO3(abbreviatedNBT)isaferroelectricceramicthathastheA-sitecomplexperovskitetypestructure.Inthispaper,NBT-basedceramicswithoptimizedthemorphotropicphaseboundarycompositionswerepreparedbytheconventionalsolidstatereaction.Thedielect

7、ricrelaxationfeature,phasetransitionfeatureandmaterialcompositionontheroleofthelawofferroelectricandpiezoelectricpropertiesbeeninvestigatedbyanalysisedthestructureofperovskitestructureofcomponents.Thenewlead-freepiezoelectricmaterialswithhighpiezoelectricandferroelectricac

8、tivitywereprepared.Thelead-freepiezoelectricceramicsNKBT-LBTandNKBBT-LBTwerepreparedbysol