鉍層狀結(jié)構(gòu)無鉛壓電陶瓷的制備技術(shù)與性能研究.pdf

1、隨著人類環(huán)保意識的增強，傳統(tǒng)鉛基陶瓷介質(zhì)材料因其在生產(chǎn)和使用過程中給環(huán)境和人類健康帶來的巨大危害，已不能滿足人們的要求，尋找一種新型、環(huán)保、高溫和良好性能的無鉛壓電陶瓷成為各國材料研究人員的共同目標。鉍層狀結(jié)構(gòu)無鉛壓電陶瓷因為具有居里溫度高、介電損耗小、低老化率和高電阻率，被認為是無鉛壓電陶瓷最有希望的候選材料之一。但單一鉍層狀材料具有難以實用化的缺點，因此本文采用共生和固溶形成多元混合體系的兩種方法改善材料的鐵電和壓電性能，系統(tǒng)研究了

2、材料的制備工藝、結(jié)構(gòu)特性與介電性能、鐵電及壓電性能的關(guān)系，對制備高性能且實用性的鐵電材料具有一定的指導意義。 本論文采用傳統(tǒng)陶瓷制備工藝，成功制備了共生結(jié)構(gòu)層狀鉍陶瓷MBi2Nb2O9-Bi4Ti3O12(M=Ca，Sr，Pb，Ba；簡稱MBN-BTO)和Bi4Ti3O12-MBi4Ti4O15(M=Ca，Sr，Pb，Ba；簡稱BTO-MBT)，其中除樣品CBN-BTO沒有生成預期的共生結(jié)構(gòu)，其它組分均生成了2-3層共生和3-4

3、層共生的單相結(jié)構(gòu)，且無雜相生成。研究發(fā)現(xiàn)這兩組共生結(jié)構(gòu)的介電和鐵電性能與A位離子半徑的大小關(guān)系密切，當A位離子為Sr2+、Pb2+、Ba2+時，隨著半徑的增大，MBN-BTO和BTO-MBT的鐵電性能依次變差。其中，A位離子為Sr2+時都能得到高居里溫度，且具有較好鐵電性能的無鉛壓電陶瓷。2-3層共生結(jié)構(gòu)中最不容易被極化的是BaBi2Nb2O9-Bi4Ti3O12陶瓷，將La3+離子引入到其A位改變其性能，隨著La3+含量的增加，晶粒由

4、片狀逐漸變?yōu)榘糁鶢?，介電常?shù)增大，居里溫度提高。 首次制備的(SrBi2Nb2O9)x(Na0.5Bi2.5Nb2O9)1-x(簡稱SBNx-NBN)體系中，隨著SBN含量的增加，樣品均形成了穩(wěn)定的鉍層狀結(jié)構(gòu)，居里溫度(Tc)減小，鐵電-順電相變彌散減弱。當x=0.6時，Tc>650℃，剩余極化強度(2Pr)、矯頑場(Ec)和壓電常數(shù)d33達最大值：2Pr=18.93μC/cm2，Ec=86.79kV/cm，d33(120℃)=

5、20pC/N，均大于兩單體系，明顯提高了材料的鐵電和壓電性能。進一步研究了SBN和NBN兩個預合成粉料的共混工藝對其性能的影響。結(jié)果表明：共混工序的差異對燒結(jié)體的物相結(jié)構(gòu)沒有產(chǎn)生明顯影響，但對鐵電性能產(chǎn)生了不容忽視的影響，兩組分預合成粉造粒前混合比造粒后混合制得樣品的居里溫度高，彌散特性弱且易于極化。選用造粒前將兩體系預合成粉按比例共混的工藝制備(SrBi2Ta2O9)x(BaBi2Nb2O9)1-x(簡稱SBTx-BBN)陶瓷，樣品均

6、形成了鉍層狀結(jié)構(gòu)相。隨著SBT含量的增加，晶粒由粒狀逐漸長大變成層片狀。SBTx-BBN在整個測量溫度范圍內(nèi)有兩個介電峰，經(jīng)分析是典型的弛豫峰，SBTx-BBN是弛豫鐵電體。 將鉍層狀結(jié)構(gòu)與鈣鈦礦結(jié)構(gòu)固溶制得(K0.5Na0.5NbO3)x(SrBi2Nb2O9)1-x(簡稱KNNx-SBN)鉍層狀復結(jié)構(gòu)陶瓷。當x≤0.1時晶體結(jié)構(gòu)以SBN相為主；當x>0.1時出現(xiàn)了KxNaySr1-x-yNbO3的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)相。隨著KNN含量