鈦酸鉍鈉系無鉛壓電陶瓷固溶改性研究

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1、論文題目:鈦酸鉍鈉系無鉛壓電陶瓷固溶改性研究專業(yè):材料學碩士生:王瑾（簽名）指導教師:杜慧玲（簽名）摘要鈦酸鉍鈉Na0.5Bi0.5TiO3(簡稱NBT)是A位復合離子結(jié)構鈣鈦礦型鐵電體。本論文采用傳統(tǒng)電子陶瓷制備方法在鈦酸鉍鈉鉀系無鉛陶瓷固溶不同的鈣鈦礦結(jié)構組元，優(yōu)化了準同型相界組成。通過結(jié)構分析探討了鈦酸鉍鈉鉀系陶瓷的介電弛豫特性、相變特性以及材料的組成對鐵電、壓電性能的作用規(guī)律，并獲得了具有高壓電活性與鐵電性的無鉛壓電陶瓷新材料組成體系。在鈦酸鉍鈉鉀、鈦酸鉍鈉鉀鋇準同型相界的基礎上，通過固溶鈦酸鉍鋰，制備了NKBT-LBT、NKBBT

2、-LBT兩大體系陶瓷。研究發(fā)現(xiàn)：在其組成范圍內(nèi)，兩組體系均形成了單一的鈣鈦礦結(jié)構。通過XRD譜確定出NKBT-LBT、NKBBT-LBT系列陶瓷的準同型相界(MPB)范圍分別是0.08≤x≤0.10和0.06≤x≤0.12；LBT的引入能夠有效降低陶瓷的燒結(jié)溫度，顯著地細化晶粒；LBT組分的引入有助于改善其鐵電性，剩余極化22強度Pr從7μc/cm增至15μc/cm(NKBT-LBT)且材料的壓電活性也顯著提高，在準同型相界處，壓電常數(shù)d33達到了最高值(145pC/N)。為進一步研究鈦酸鉍鈉鉀系材料在A、B雙位復合置換時性能變化。選取鈦酸

3、鉍鈉鉀陶瓷基礎上固溶NaNbO3、KNbO3和LiNbO3，制備了致密的NKBT-NN、NKBT-KN和NKBT-LN陶瓷。在所研究的組成范圍內(nèi)，兩組材料體系均形成了單一的鈣鈦礦結(jié)構。KNbO3的引入起到了細化晶粒的作用，彌散相變特征明顯。NaNbO3的引入有效的改善了鈦酸鉍鈉鉀系材料的壓電、鐵電性能，壓電常數(shù)d33提高到131pC/N。隨著LiNbO3含量的增加，材料的矯頑場顯著降低從29.1kV/cm降至19.7kV/cm；LiNbO3的引入對材料的介電性能影響明顯，材料的鐵電-反鐵電相變峰也隨著LN含量的增加而具有明顯的移峰效應，同時

4、反鐵電-順電相變峰則表現(xiàn)為壓峰效應，材料表現(xiàn)出明顯的弛豫特性。為了進一步探索鈦酸鉍鈉鉀系材料結(jié)構與性能關系，引入鈣鈦礦結(jié)構BiFeO3與BiCoO3，獲得了具有高壓電性能的(1-x)Na0.4K0.1Bi0.5TiO3-xBiFeO3和(1-x)Na0.4K0.1Bi0.5TiO3-xBiCoO3無鉛陶瓷，其準同型相界(MPB)范圍分別為0.02≤x≤0.06和0.01≤x≤0.02。BiFeO3的引入有效的降低了體系的燒結(jié)溫度，其壓電常數(shù)d33先增大后減小，在準同型相界處，壓電常數(shù)d33為127pC/N(x=0.06)。隨著BiCoO3的

5、引入量加大，NKBT-BC陶瓷的弛豫度隨逐漸增強。微量的BiCoO3可以提高該體系陶瓷的壓電性能，萬方數(shù)據(jù)其壓電常數(shù)在x=0.02時達到最大值，d33=119pC/N。關鍵詞：鈦酸鉍鈉；準同型相界；介電弛豫；固溶改性研究類型：應用基礎研究萬方數(shù)據(jù)Subject:StudyonPropertyImprovementofNBT-basedLead-freePiezoelectricCeramicsSpecialty:MaterialScienceName:WangJin(Signature)Instructor:DuHuiling(Signat

6、ure)AbstractBismuthSodiumTitanateNa0.5Bi0.5TiO3(abbreviatedNBT)isaferroelectricceramicthathastheA-sitecomplexperovskitetypestructure.Inthispaper,NBT-basedceramicswithoptimizedthemorphotropicphaseboundarycompositionswerepreparedbytheconventionalsolidstatereaction.Thedielect

7、ricrelaxationfeature,phasetransitionfeatureandmaterialcompositionontheroleofthelawofferroelectricandpiezoelectricpropertiesbeeninvestigatedbyanalysisedthestructureofperovskitestructureofcomponents.Thenewlead-freepiezoelectricmaterialswithhighpiezoelectricandferroelectricac

8、tivitywereprepared.Thelead-freepiezoelectricceramicsNKBT-LBTandNKBBT-LBTwerepreparedbysol