低溫?zé)Y(jié)高性能鋯鈦酸鋇鈣基無鉛壓電陶瓷.pdf

1、低溫?zé)Y(jié)高性能鋯鈦酸鋇鈣基無鉛壓電陶瓷低溫?zé)Y(jié)高性能鋯鈦酸鋇鈣基無鉛壓電陶瓷HighPerfmanceBCZTBasedLeadFreePiezoelectricCeramicswithLowSinteringTemperature學(xué)科專業(yè)：材料學(xué)研究生：孫濤指導(dǎo)教師：李亞利教授戴葉婧講師天津大學(xué)材料學(xué)院二零一二年十二月中文摘要中文摘要環(huán)境協(xié)調(diào)性的發(fā)展要求尋找可替代鉛基材料的無鉛壓電陶瓷材料，這是目前陶瓷研究領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。鋯鈦酸鋇鈣（

2、BCZT）陶瓷具有很高的壓電性能，是一類很有潛力的無鉛壓電材料。本論文基于BCZT基無鉛壓電陶瓷，通過添加CuO助燒、KNNLST體系復(fù)合、Mn離子摻雜等手段對(duì)其燒結(jié)行為和電學(xué)性能等方面進(jìn)行改性，得到了性能更優(yōu)異的無鉛壓電陶瓷。以BCZT陶瓷為基，添加CuO助燒劑低溫?zé)Y(jié)制備了無鉛壓電陶瓷。CuO助燒降低了陶瓷燒結(jié)溫度，使陶瓷在1350C即可燒結(jié)，使陶瓷更加致密。Cu2部分取代Ti4造成晶格畸變，使陶瓷相結(jié)構(gòu)由菱方相向四方相轉(zhuǎn)變。摻雜少

3、量CuO的陶瓷處于菱方相四方相兩相共存的狀態(tài)，陶瓷具有優(yōu)異的電學(xué)性能：壓電常數(shù)d33=340pCN，室溫介電常數(shù)εr=3147，介電損耗tanδ=0.025，居里溫度Tc=92C。因此適當(dāng)添加CuO能夠改善陶瓷燒結(jié)，提高陶瓷的電學(xué)性能。以BCZT陶瓷為基，通過與KNNLST體系復(fù)合制備了無鉛壓電陶瓷。KNNLST的摻雜能夠促進(jìn)晶粒生長，使陶瓷更加致密。KNNLST摻雜造成晶格畸變，使得菱方四方多形態(tài)相變溫度TRT降低至室溫附近。摻雜少量

4、KNNLST的陶瓷具有優(yōu)異的壓電性能：壓電常數(shù)d33=464pCN，平面機(jī)電耦合系數(shù)kp=0.44。以BCZT陶瓷為基，摻雜Mn離子制備了無鉛壓電陶瓷。少量的Mn能夠完全溶入BCZT晶格形成純的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，造成晶格畸變。Mn的摻雜使得菱方四方多形態(tài)相變溫度TRT降低至室溫附近。x=0.005時(shí)，陶瓷具有優(yōu)異的壓電性能：d33=380pCN。此外，研究了溶膠凝膠法制備BNT基無鉛壓電陶瓷。采用溶膠凝膠方法，制備了Li摻雜的BNTBKTBT