本文選題：BaTiO_3　切入點：壓電陶瓷　出處：《山東大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：壓電材料是一種可以實現(xiàn)機械能和電能相互轉(zhuǎn)化的功能材料,被廣泛應(yīng)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(yīng)用。長期以來,BaTiO3基陶瓷被認(rèn)為有相對較低的d33值(190 pC/N)。然而,近年國內(nèi)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料,這些研究結(jié)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(chǎn)通常采取低成本的固相反應(yīng)制備方法。原料的選擇是制備陶瓷的基礎(chǔ),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(jìn)而影響其制備的BaTiO3基陶瓷的微觀組織結(jié)構(gòu)和壓電性能。本論文開展了關(guān)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(jié)果如下:(1)研究了兩種不同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(dāng)燒結(jié)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404 pC/N和414pC/N。另外,考察了 BaTiO3陶瓷的晶粒尺寸效應(yīng),發(fā)現(xiàn)兩種TiO2原料制備的BaTiO3陶瓷變化規(guī)律一致,當(dāng)晶粒尺寸大于1 μm時隨著晶粒尺寸的增大壓電系數(shù)d33值越來越小。兩種BaTiO3陶瓷樣品的相變點的變化趨勢也相同,當(dāng)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(jié)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(fù)性較好。(2)研究了原料預(yù)處理對BaTiO3壓電陶瓷物性的影響。分別對BaCO3微粉和Ti02微粉進(jìn)行不同時間的預(yù)處理制備BaTi03陶瓷,考察了其壓電性能、介電性質(zhì)、鐵電性能、微觀結(jié)構(gòu)等物理性質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn),配料前對BaCO3原料實施球磨預(yù)處理可明顯地降低棒狀顆粒的尺寸,從而可獲得顆粒度細(xì)化的BaTiO3陶瓷微粉,進(jìn)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(jīng)預(yù)燒、二次球磨所得到的BaTiO3陶瓷微粉的化學(xué)組分的均勻性和顆粒度產(chǎn)生影響,進(jìn)而影響后序燒結(jié)得到的BaTiO3陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)和壓電性能。利用同樣的BaCO3微粉原料,未經(jīng)球磨預(yù)處理所制備的BaTiO3陶瓷的壓電系數(shù)d33最高值為410pC/N,而實施合適的球磨預(yù)處理制備的BaTiO3陶瓷的壓電系數(shù)d33最高值可達(dá)470pC/N。但是,原料TiO2-01預(yù)處理制備得到的BaTiO3陶瓷的壓電性能并不理想,d33值僅能達(dá)到190pC/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(yù)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(yù)處理可使BCZT陶瓷微粉顆粒大小更加均勻,平均顆粒尺寸更大。對于相同溫度下燒結(jié)的BCZT陶瓷樣品而言,BaCO3微粉的預(yù)球磨處理可使后續(xù)得到的陶瓷樣品晶粒尺寸偏小。以TiO2-01為原料時,BaCO3預(yù)球磨處理極大地增加了 BCZT陶瓷樣品的d33值,從原料未預(yù)球磨時的540 pC/N增大到640 pC/N。但是,以TiO2-07為原料時情況則相反,實施BaCO3預(yù)球磨處理反而降低了 BCZT陶瓷樣品的d33值,從未預(yù)球磨時的600 pC/N 降低為 500 pC/N。
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【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TM282.1

【參考文獻(xiàn)】

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1 崔業(yè)讓;劉心宇;袁昌來;翟霞;胡耀斌;李若雯;;Sm_2O_3摻雜(Ba_(0.7)Ca_(0.3))TiO_3-Ba(Zr_(0.2)Ti_(0.8))O_3無鉛壓電陶瓷的制備與性能[J];無機材料學(xué)報;2012年07期

2 崔業(yè)讓;劉心宇;袁昌來;胡耀斌;馬家峰;李文華;;Fe_2O_3摻雜(Ba_(0.7)Ca_(0.3))TiO_3-Ba(Zr_(0.2)Ti_(0.8))O_3無鉛壓電陶瓷的制備與性能[J];人工晶體學(xué)報;2012年02期

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本文編號：1615277