nbtkbt无铅压电织构陶瓷制备及其电性能研究

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1、两北T业人学博’‘学位论文摘要随着世界各国对环境保护的重视，势必采用无铅的压电材料来替代传统的含铅压电陶瓷材料，以减少环境污染，因此压电陶瓷的无铅化就成为压电陶瓷发展的趋势。本文选择钛酸铋钠一钛酸铋钾(NBT-KBT)无铅陶瓷研究体系，采用RTGG(ReactiveTemplatedGrainGrowth)法以Bi4Ti3012微晶为模板制备NBT-KBT无铅压电织构陶瓷，主要研究模扳材料的选择与制备工艺、织构陶瓷的成型殴备与方法、NBT-KBT陶瓷的显微组织结构和电性能之『白J的关系等，制备出电性

2、能良好、各向异性显著的NBT-KBT无铅压电织构陶瓷。论文结合RTGG和TGG(TemplatedGrainGrowth)的工艺特点，分析了制备织构陶瓷微晶模板的选择原则，确定了适用于制备NBT-KBT织构陶瓷的模扳种类，通过对几种满足模板选择原则的舆型模板材料进行逐个分析，最终确定出了具有高的生长各向异性的Bi4Ti3012微晶作为制备NBT-KBT织构陶瓷的模板；通过刘‘现有陶瓷成型工艺方法的比较，选择出适用于制备织构陶瓷的成型：[艺方法，同时自行研制了实验窀用于制各织构陶瓷的设备，该设备目前已

3、申报国家实用新型专利(申请号：200520078348．9)。采用熔盐法制备了Bi4Ti3012微品粉体，研究了制备工艺参数与BhTi3012微晶的形貌和尺寸之问的关系。结果表明，Bi4Ti3012微品粉体的显微组织形貌和尺寸与烧结温度、熔盐量、保温时l'日J等工艺参数关系密切。在发现Bi203的过量加入对Bi47l'i3012微晶粉体的形貌起了决定性的作用后，系统的研究了Bi203过篷的程度和制备工艺参数对Bi4Ti3012微I锗粉体显微组织形貌的影响，最终实现了通过：【：艺参数的设定对其显微组织

4、形貌和尺；r的控制。采用熔盐法成功地制备了适合流延工艺要求的纯Bi4n3012微晶，微品尺寸均匀，分散性好，直径与厚度比大，直径为8～10p,m，厚度为l～2p,m。采用此粉体制备了BhTi3012陶瓷，研究了该陶瓷的电性能与工艺参数之问的关系，结果显示次陶瓷已经显示出了各向异性的特性。采用传统方法制备出NBT-KBT陶瓷，确定了其准同型相界，而组分为0．84NBT-0．16KB7F的陶瓷位f准同型相界附近，且具自．较佳的压电性能；以O．84NBT-0．16KBT组分为研究对象，研究基体中加入不同量

5、Bi4Ti3012微品烧结后所制备NBToKBT陶瓷的显微组织结构与电性能，优化了烧结工艺的同时确定出Bi4砘012微品的最佳加入量。分别采用一r法和湿法两利，流延方法和RTGG工艺制备了NBT-KBT织构陶瓷，研究了烧结温度对织构陶瓷烧结行为，织构度和显微组织结构的影响规律，制备出了NBT-KBT织构陶瓷，解决了湿法流延中烧结后样片的变形问题。结果表明：NB’F-KBT织构陶瓷的烧成温度范围只有10--20℃。其介电性能、压电性能和铁电两北1业人学博I：学位论义性能呈现明显的各向异性，沿c轴方向织

6、构陶瓷的各种电学性能均明显优于沿a-b面流延方向的电学性能，两种流延方法在1150。C烧结所得的NBT-KBT织构陶瓷在显微组织结构和电性能方面均表现出最强的各向异性，沿c轴方向的电性能最好，其室温介电常数8稍沮l=1835，介质损耗tan6=0．03，居里区峰值介电常数占m，=2484，该织构陶瓷的da3=134pC／N(同组分普通NBT-KBT陶瓷,／33=42pC／N)，bI-31％(同组分酱通NBT-KBT陶瓷k3t=17％)，Qk=154，Pr=87“C／cm2(同组分普通NBT-KBT陶

7、瓷／'r=461．tC／cm2)，匠=3622kV／m(同组分普通NBT-KBT陶瓷巴=4600kV／m)。关键词：无铅压电织构陶瓷、铋层结构、钛酸铋、钛酸铋钠一钛酸铋钾、RTGG法、微品模板、烧结行为、织构度，显微组织结构、介电性能、压电性能、铁电性能ABSTRACTItisimperativeunderthesituationofincreasingenviromentalprotectionworldwidethatinvestigatingoflead—fleepiezoelectricce

8、ramicstoreplacetraditionalpiezoelectricceramicsisthelatesttrendinpiezoelectricdevelopment．Inthispaper,asalead-fleematerial，sodiumbismuthtitanate—potassiumbismuthtitanate(NBT_KBT)ceramicswasfabricatedbyReactiveTemplatedGrainGrowth(RTGG)t