型工程材料及测试分析技术

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1、新型工程材料及测试分析技术第一次作业第十五组成员：刘源毛丽臣费柏平欧阳武黄小波汤广祥杨杰文王晨升组长：王晨升题目：新型陶瓷材料的进展及无铅压电陶瓷BNKT-BiGaO32010．12．13一、新型陶瓷材料的进展及现状进入二十世纪以来，特别是第二次世界大战以后，随着空间技术原子能工业和电子工业的迅速发展，迫切需要优良的材料对材料的耐热性耐蚀性机械强度电磁特性和尺寸精度方面提出了更高要求，陶瓷研究进入了一个的新阶段。随着科学技术的进步，人们对陶瓷材料的本质有了更深刻的理解从原料的纯度粒度晶型杂质含量及种类等因素入手，并对成型和烧结工艺流程进行深入的研

2、究，使陶瓷组织得到极大改善，性能得到极大提高这种新型陶瓷与传统陶瓷有本质的区别。对于新型陶瓷，目前尚无明确定义，但一般说法是：采用高度精选的原料，具有能精确控制的化学组成，按着便于进行结构设计及控制制造方法进行制造加工，具有优异性能的陶瓷，称为新型陶瓷。事实上，不同国家对这类材料的称谓也不同：英国人称为技术陶瓷（technology）；美国人称为高级陶瓷近代陶瓷（advancedceramics）或高效陶瓷（highperformance）；日本则常称为精细陶瓷（fineceramics）或新型陶瓷（newcermics）；我国有人称其为工业陶瓷

3、（industrialceramics）但所有说法指的都是同一类材料，本文将这类陶瓷统称为先进陶瓷。发达国家非常重视先进陶瓷材料的研发，美国、欧盟对先进陶瓷在军事、航空航天等领域的应用兴趣浓厚；日本在先进陶瓷材料的产业化方面占据世界领先地位。美国在先进陶瓷方面的研发受到美国国防部、美国能源部和国家自然科学基金会等机构的高度重视，在军事、航空航天、环境等方面的研发和应用尤为活跃。日本发展先进陶瓷的战略步骤是首先开发制造生活用品和某些发热元件，如陶瓷剪刀、陶瓷加热器、陶瓷手术刀、人造陶瓷关节以及陶瓷滚珠圆珠笔等。在积累了一定的特种陶瓷生产工艺、掌握了

4、特种陶瓷生产技术的基础上，开始研究开发高级技术陶瓷及精密陶瓷元件。发和应用尤为活跃。欧洲是高档建筑卫生陶瓷最发达的地区，其中以意大利和西班牙为建筑卫生陶瓷工业的领头羊。欧洲的建筑卫生陶瓷工业在实现自动化与机械化的同时，在坯料与釉料制备方面颇具技术实力与开发能力，估计领先其他国家20～30年。我国非常重视先进陶瓷材料的研发，在重大计划中专门设立研究项目，“973”、“863”计划中均有针对先进陶瓷材料的立项。二、无铅压电陶瓷BNKT-BiGaO3压电陶瓷是一类实现机械能与电能相互转换的功能材料，广泛应用于机械、电子、通讯、机密控制、军事等领域，尤其

5、在信息的检测、转化、处理和储存等技术领域起着极其重要的作用，是一类重要的、国际竞争极为激烈的高技术新材料。然而传统的压电铁电陶瓷。包括弛豫性铁电陶瓷，如锆钛酸铅(PZT)、锆钛酸铅镧、铌镁锆钛酸铅和铌锌锆钛酸铅等，大多是含铅陶瓷，其中氧化铅(或四氧化三铅)约占原料总质量的70％。含铅压电陶瓷在制备、使用及废弃后处理过程中都会给环境和人类健康带来很大的损害。因此，开发性能优良的无铅压电陶瓷是直接关系到当代及今后相当长的一段时间内社会可持续发展的重大问题。在目前所研究的无铅陶瓷体系中，钛酸铋钠(Bi0.5Na0.5)TiOs(BNT)因具有较大的剩余

6、极化(Pt=38μC／cm2)和高的居里温度(Tc=320℃)，被认为是最有希望取代铅基压电陶瓷的无铅压电材料之一。但BNT陶瓷矫顽场高(Ec=73kV／cm)，在铁电相区电导率高，极化难，单纯的BNT陶瓷难以实用化。为降低矫顽场，提高性能，国内外的研究者对BNT基陶瓷的改性作了大量的研究工作H书J。其中(1-x)Bi0.5Na0.5TiO3-xBi0.5K0.5TiO体系在x=0.18的准同型相界处具有好的压电性能尤其受人关注，也是目前研究最多的体系之一。此外，由于Bi在元素周期表上与Pb相邻，具有相同的电子分布、相近的离子半径和分子量，Bi基

7、铁电BiMeO3(Me=Fe，Cr，Co)被认为具有较好的铁电压电性能；同时，BNT基陶瓷的压电性能受(Bi0.5Na0.5)2+，尤其是Bi3十的影响。此外，近来的理论计算表明，BiGaO3和BiAIO3应具有良好的压电和铁电性能，因此本文以性能较好的Bi0.5Na0.5-Ti03-Bi0.5K0.5TiO3为研究基础组元，加入压电铁电性能较好的BiGaO3形成一个新的Bi基钙钛矿型(1-x)Bi0.5(Na0.82K0.l8)0.5TiO3-xBiGaO3无铅陶瓷体系，研究BiGaO3对陶瓷晶体结构、显微组织和压电性能的影响。1实验过程采用分

8、析纯的原料Bi2O3、Na2CO3、K2CO3、TiO2和Ga2O3，根据化学式(1-x)Bi0.5(Na0.82K0.18)0.5Ti