鈦酸鋇基陶瓷的制備、微結構與壓電物性.pdf

1、壓電材料是一種可以實現(xiàn)機械能和電能相互轉化的功能材料，被廣泛應用于制造傳感器、制動器、超聲換能器等電子元器件。其中，BaTiO3壓電陶瓷是最早被發(fā)現(xiàn)極化后具有壓電性的多晶材料，在壓電性能更加優(yōu)異的鋯鈦酸鉛(Pb(Zr，Ti)O3，PZT)材料出現(xiàn)之前曾得到廣泛的應用。長期以來，BaTiO3基陶瓷被認為有相對較低的d33值(190 pC/N)。然而，近年國內外研究者相繼制備出了d33值可與PZT相比擬的BaTiO3陶瓷及其改性的壓電陶瓷材

2、料，這些研究結果表明BaTiO3基陶瓷材料具有很大的發(fā)展前景。
　　BaTiO3基陶瓷的商業(yè)化生產通常采取低成本的固相反應制備方法。原料的選擇是制備陶瓷的基礎，不同的原料以及原料的不同處理方式對其制備得到的陶瓷微粉的均勻性和顆粒大小影響較大，進而影響其制備的BaTiO3基陶瓷的微觀組織結構和壓電性能。本論文開展了關于不同的原料及原料的不同處理方式對BaTiO3基陶瓷的制備及壓電物性的影響的研究。主要結果如下:
　　(1)研究

3、了兩種不同TiO2原料對BaTiO3陶瓷壓電物性的影響。實驗中分別采用兩種不同型號的TiO2微粉（即TiO2-01微粉和TiO2-07微粉）為原料，當燒結溫度為1220℃時分別獲得較高壓電性能的BaTiO3陶瓷樣品，d33值分別為404pC/N和414 pC/N。另外，考察了BaTiO3陶瓷的晶粒尺寸效應，發(fā)現(xiàn)兩種TiO2原料制備的BaTiO3陶瓷變化規(guī)律一致，當晶粒尺寸大于1μm時隨著晶粒尺寸的增大壓電系數d33值越來越小。兩種BaT

4、iO3陶瓷樣品的相變點的變化趨勢也相同，當晶粒尺寸增大時正交四方相變點降低，居里溫度升高。研究結果表明，TiO2-01制備的BaTiO3陶瓷相對更加致密，介電損耗相對較小，重復性較好。
　　(2)研究了原料預處理對BaTiO3壓電陶瓷物性的影響。分別對BaCO3微粉和TiO2微粉進行不同時間的預處理制備BaTiO3陶瓷，考察了其壓電性能、介電性質、鐵電性能、微觀結構等物理性質。研究發(fā)現(xiàn)，配料前對BaCO3原料實施球磨預處理可明顯地

5、降低棒狀顆粒的尺寸，從而可獲得顆粒度細化的BaTiO3陶瓷微粉，進而制備致密度更高、晶粒尺寸更小而壓電性能更高的BaTiO3陶瓷材料。BaCO3微粉原料通常由尺寸較大的棒狀顆粒所組成，由于這些棒狀顆粒在一次球磨過程中不容易粉碎，從而對經預燒、二次球磨所得到的BaTiO3陶瓷微粉的化學組分的均勻性和顆粒度產生影響，進而影響后序燒結得到的BaTiO3陶瓷的微觀結構和壓電性能。利用同樣的BaCO3微粉原料，未經球磨預處理所制備的BaTiO3陶

6、瓷的壓電系數d33最高值為410 pC/N，而實施合適的球磨預處理制備的BaTiO3陶瓷的壓電系數d33最高值可達470 pC/N。但是，原料TiO2-01預處理制備得到的BaZiO3陶瓷的壓電性能并不理想，d33值僅能達到190 pC/N，電滯回線也出現(xiàn)了收縮現(xiàn)象。
　　(3)研究了不同TiO2微粉原料和BaCO3球磨預處理對BCZT陶瓷壓電物性的影響。研究發(fā)現(xiàn)，配料前對BaCO3原料實施球磨預處理可使BCZT陶瓷微粉顆粒大小更