【摘要】：本論文采用固相合成法來制備Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3-BaTiO_3二元體系無鉛壓電陶瓷。首先,以Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3為基體,通過改變摻入的第二組元BaTiO_3的量,根據XRD的物相分析結果準確尋找其組成范圍內的三方-四方相的兩相界面,即準同型相界(MPB)區(qū)域,同時研究成份在準同型相界附近的物相、微觀形貌及壓電、介電性能,選出性能最佳的組成配方作為基體,進行下一步的摻雜改性研究;第二步,選擇Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3-Ba TiO_3二元陶瓷準同型相界附近性能最佳的組成為基體,引入同價態(tài)的K~+、Li~+對Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3鈣鈦礦結構A位的的Na~+進行部分取代,以期改善的燒結特性、提高其壓電性能;第三步,分別摻入燒結助劑MnO_2,以及稀土氧化物CeO_2,研究MnO_2摻雜對準同型相界處的Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3-BaTiO_3二元陶瓷燒結特性和機電性能的影響,研究CeO_2摻雜對其物相結構和壓電、介電性能的影響。主要研究內容及結果如下:1)在室溫時,Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3是三方相,BaTiO_3是四方相,Ba TiO_3能夠很好地與Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3固溶,當x≤0.08時為單一的鈣鈦礦結構,表明Ba~(2+)已經進入到晶格中,并在x=0.10時出現(xiàn)了雜相;隨著BaTiO_3含量x的增大,晶體結構發(fā)生發(fā)生三方-四方相的轉變,當x≤0.05時為單一的三方相結構,0.06≤x≤0.08時為三方-四方相共存的準同形相界區(qū)域,x=0.10時完全轉變?yōu)樗姆较嘟Y構;并且BaTiO_3的加入能夠很好地提高其性能,組成在準同形相界區(qū)域時,壓電常數d_(33)由80pC/N提升至120pC/N以上;另外,隨著Ba TiO_3含量的增加,陶瓷樣品的居里溫度T_C下降。在1100℃~1180℃燒結制備的BNBT7樣品,能夠形成三方-四方相共存的鈣鈦礦結構陶瓷。當BaTiO_3含量為x=0.07,燒結溫度為1160℃時陶瓷樣品具有最優(yōu)的綜合性能:d_(33)=132pC/N,k_p=0.221,ε_r=831,tanδ=0.0255,密度ρ=5.79g/cm~3,居里溫度T_C=280℃。2)在MPB成份附近的(1-x)BNT-xBT(選取組分x=0.07)基礎上,用K、Li取代部分Na構建0.93Bi_(0.5)(Na_(0.82)K_(0.18-x)Li_x)_(0.5)TiO_3-0.07BaTiO_3陶瓷;K,Li與Na為同一主族元素,用K、Li取代Na,K、Li會占據部分原來A位的Na的位置,引起晶胞的畸變。隨著Li~+的摻入,Li~+摻入量為0.02≤x≤0.06時產生了雜相K_2Ti_6O_(13),當Li~+的摻入量達到x=0.08雜相消失;當Li~+的摻入量較低時以長條狀晶粒為主,當Li~+的摻入量達到x=0.06時長柱狀晶粒消失,轉變?yōu)轭w粒狀晶粒;當Li~+的摻入量為x=0.06,燒結溫度為1160℃時陶瓷樣品具有最佳的壓電、介電性能:d_(33)=145pC/N,k_p=0.180,Q_m=77,ε_r=1061,tanδ=0.0264。3)在0.93Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3-0.07BaTiO_3的基礎上,我們選擇MnO_2和CeO_2作為添加劑,期望能改善陶瓷的部分性能。錳作為一種多價元素,將其摻入到壓電陶瓷基體后,少量的Mn摻雜可以有助于燒結過程,提高陶瓷的機械品質因素Q_m和壓電性能;Ce作為一種常用的稀土摻雜物,摻入到陶瓷基體后,Ce離子會在晶界處聚集,會阻礙晶粒的長大,使得陶瓷晶粒細化,提高了介電性能;MnO_2和CeO_2摻雜量較低時,都能很好地溶入基體中,無雜相產生;摻雜量較低時能夠提高陶瓷的壓電、介電性能,摻雜量超過一定量時使陶瓷性能變差。
【圖文】：

電陶瓷材料在電子功能材料的應用方面占據很大的比重，在軍工和民用方面廣泛的應用，主要包括超聲換能器、濾波器、變壓器等[6-8]。在科技應用越普及化的時代，壓電陶瓷等功能材料的研究愈加顯得重要。為了更好地了解材料的相關知識，我們就關于壓電體的一些基本理論以及壓電陶瓷材料的發(fā)應用作一個簡單的概述：.1.1 壓電效應對壓電晶體在一定方向上施加一個作用力時，在晶體兩端表面會產生數量的異號電荷，在一定范圍內作用于壓電晶體上的力越大，晶體兩端表面的正荷數量越多，我們稱之為正壓電效；反之，，在一定方向的電場作用下，壓電外形發(fā)生形變，在一定范圍內，外加電場的強度越大，其形變程度越大，我之為逆壓電效應，如圖 1-1 所示[9]。壓電效應描述的是壓電材料的彈性與介之間的關系，壓電材料所具有的這種特有的性質稱為壓電性。

內的正負電荷中心重合，在外應力作用下，發(fā)生形變后的晶胞仍然是不重合，晶體內部就會產生凈電偶極矩。同理，對于逆外電場作用下能不能產生凈電偶極矩也是取決于晶體是否對稱晶體是否具有壓電性，主要取決于晶體結構的對稱性。具有對能產生凈電偶極矩，就不具有具有壓電性[12-14]。在所有晶體，分為中心對稱和非中心對稱兩大類，其中沒有對稱中心共 的晶體不具有壓電性，故只有 20 個點群的晶體具有壓電性。稱型）沒有對稱中心是壓電晶體的共性，但是不具有對稱中心部都是壓電體。1 種沒有對稱中心的晶體結構點群中，有 10 種極性類型的晶體熱釋電效應。在這 10 種極性類型的熱釋電晶體中又有一部分壓電體、熱釋電體和鐵電體之間的關系，如圖 1-2 所示[15]。
【學位授予單位】：昆明理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TQ174.75

【參考文獻】

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本文編號：2622695