bnt基无铅压电陶瓷的制备及其性能研究

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1、中图分类号：TM282论文编号：102870615-S087学科分类号：080503硕士学位论文BNT基无铅压电陶瓷的制备及其性能研究研究生姓名张雅婷学科、专业材料加工工程研究方向无铅压电陶瓷指导教师杨颖教授南京航空航天大学研究生院材料科学与技术学院二О一五年三月INanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMaterialScienceandTechnologyStudyonFabricationandproper

2、tiesofBNTBasedLead-freePiezoelectricCeramicsAThesisinMaterialsProcessingEngineeringbyYatingZhangAdvisedbyProf.YingYangSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015II承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以

3、标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：IIIBNT基无铅压电陶瓷的制备及其性能研究摘要长期以来，锆钛酸铅基压电陶瓷以其优异的压电性能占据了传感器和致动器绝大部分的市场份额。但由于铅基压电陶瓷在制备过程中会产生严重的铅污染，对人类健康

4、也有严重的危害。因此，研究开发环境友好型无铅压电材料成为迫在眉睫的任务。钛酸铋钠基无铅压电陶瓷是目前研究较为广泛的无铅压电材料之一。与锆钛酸铅系压电陶瓷相比，钛酸铋钠基无铅压电陶瓷具有较强的铁电性和较高的居里温度，但也存在着介电常数和压电性能较低，矫顽场较大等不足。针对这些问题，本论文以钛酸铋钠基无铅压电陶瓷为研究对象，从烧结工艺、掺杂改性、成分设计等方面对材料的相结构和电学性能进行了系统的研究。采用传统固相反应法成功制备出0.94Bi0.5Na0.5TiO3-0.06BaTiO3无铅压电陶瓷，研究了烧结温度对其

5、相结构、微观结构和电性能的影响。结果表明，该体系是弛豫铁电体，随着烧结温度的升高，弥散指数分别为1.696、1.787、1.897、1.965，当烧结温度为1100℃时，陶瓷的体积3密度和相对密度达到最大值，分别为5.99g/cm和98.4%，具有良好的综合电性能：d33=180pC/N，2Pr=38.7μC/cm，Ec=37kV/cm，kp=0.331，Qm=135，tanδ=0.026。研究了不同成分和温度对(1-x)(0.94Bi0.5Na0.5TiO3-0.06BaTiO3)-xLiNbO3(0≤x≤0

6、.06)陶瓷场致应变性能的影响。结果表明：LiNbO3的掺入能够有效地提高材料的应变性能。当x=0.025时，*由于铁电-弛豫转变温度TF-R降到了室温，应变值达到最大值0.6%，等效压电常数d33=857pm/V，*此外，当x=0.02时，在室温也得到了高的应变值0.55%，即d33=785pm/V，同时压电常数也达到最大值d33=245pC/N。温度的变化也能够显著地改变材料的应变性能，对于x=0.01和x=0.02，*当温度从室温升高到TF-R附近时，等效压电常数d33分别从344pm/V、617pm/V增

7、加到912pm/V、836pm/V，对于x=0.04和x=0.05，由于它们的铁电-弛豫转变温度TF-R降到了室温以下，应变4-2值几乎不随温度而变化，出现了电致伸缩现象，电致伸缩系数Q33基本保持在0.02mC。采用传统固相法成功制备了单一钙钛矿结构的0.96(Bi0.5Na0.5)TiO3-(0.04-x)BaTiO3-xLiNbO3(0≤x≤0.04)无铅压电陶瓷，研究了该体系的相结构、致密度以及电性能。结果表明，陶瓷的相对密度均高达97%以上，致密性良好，随着x值的增加，陶瓷的弛豫性先减小后增大，弥散指数

8、分别为1.907、1.844、1.746、1.593、1.708，当0.02≤x≤0.03时，存在三方相和四方相共存的准2同型相界区域，陶瓷样品在x=0.03时展现出最佳的综合性能：d33=124pC/N，Pr=37.9μC/cm，2Ps=43μC/cm，Ec=47kV/cm，εr=694，tanδ=0.045。关键词：无铅压电陶瓷，钛酸铋钠，掺杂改性，烧结温度，弛豫铁