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《鈦酸鉍鈉基無鉛壓電陶瓷的制備與改性研究》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、國內(nèi)圖書分類號：TN304西北工業(yè)大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文鈦酸鉍鈉基無鉛壓電陶瓷的制備與改性研究碩士研究生：郭昱辰導(dǎo)師：樊慧慶教授申請學(xué)位級別：工程碩士學(xué)科、專業(yè)：材料工程所在單位：材料學(xué)院答辯日期：2015年03月授予學(xué)位單位：西北工業(yè)大學(xué)Classifiedindex：TN304ThesissubmittedinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringFabricationandCompositonalTailoringofBismuthSodiumTitanateBa
2、sedLead-freePiezoelectricCeramicsMSCandidate：YuchenGuoAdvisor：ProfessorHuiqingFanDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：MaterialsEngineeringSchool：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofOralDefence：March,2015UniversityConferringDegree：NorthwesternPolytechnicalUniversity摘要摘要鈦
3、酸鉍鈉在室溫下有良好的鐵電性能，它是A位離子復(fù)合鈣鈦礦型鐵電體，2并有相對較高的居里溫度(320°C)和大的剩余極化強(qiáng)度38μC/cm，是一種具有良好發(fā)展前景的無鉛壓電陶瓷。因此，本文用傳統(tǒng)固相燒結(jié)方法制備了鈦酸鉍鈉基陶瓷，研究了不同摻雜類型對陶瓷的微觀形貌及電學(xué)性能的影響，探討了不同成分的陶瓷樣品的介電弛豫特性和相變特性。首先，利用傳統(tǒng)固相燒結(jié)方法制備出Bi0.5Na0.5Ti1-xMnxO3-δ(BNTM10000x,x=0,0.25%,0.5%,0.75%,1%,1.5%,2%)陶瓷。在室溫下利用Rietveld方法對BNT和BNTM25陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行精修。
4、研究發(fā)現(xiàn)少量的氧空位以及顯著增加的正方性和晶粒尺寸的變化使得MnO2的摻雜量為x=0.25%時(shí)Bi0.5Na0.5Ti1-xMnxO3-δ陶瓷的機(jī)電耦合性能以及電學(xué)性能都達(dá)到最優(yōu)。過量的摻雜導(dǎo)致了氧空位的富集以及鐵電?弛豫相轉(zhuǎn)變并進(jìn)一步導(dǎo)致了電學(xué)性能的惡化。2BNTM25陶瓷的剩余極化強(qiáng)度Pr=48.5?C/cm，機(jī)電耦合系數(shù)kp=0.18，電滯應(yīng)變S33=0.24%，壓電系數(shù)d33=105pC/N。除此之外，BNTM25陶瓷在室溫下6經(jīng)過10次極化后幾乎沒有顯著疲勞，表明該組分無鉛壓電陶瓷材料具有潛在的應(yīng)用。其次，為了研究不同摻雜類型對BNT基壓電陶瓷的結(jié)構(gòu)及性能的
5、影響，制備了Bi0.5Na0.5MnxTi1-xO3、Bi0.5Na0.5NbxTi1-xO3、Bi0.5Na0.5(Mn0.5Nb0.5)xTi1-xO3和BNT陶瓷。詳細(xì)研究并分析了Mn受主摻雜、Nb施主摻雜以及二者共摻雜對4+3+BNT陶瓷晶體結(jié)構(gòu)及電學(xué)性能的影響及原因。通過抑制Ti?Ti的還原反應(yīng)以及含高密度局域化電子的缺陷偶極子的形成，MnNb共摻雜的BNT陶瓷顯著提高了材料的居里溫度以及去極化溫度。經(jīng)極化后相比于BNT陶瓷其剩余極化強(qiáng)度及總應(yīng)變均有提高。同時(shí)，Nb2O5摻雜略微提高了BNT陶瓷的抗疲勞特性，5MnCO3施主摻雜將BNT陶瓷的無疲勞極化次數(shù)提
6、高到10次，而二者共摻雜的6BNT陶瓷在疲勞極化10后無疲勞現(xiàn)象。最后，研究了三元(1?x)Bi0.5(Na0.9K0.1)0.5TiO3–xSrTi0.8Zr0.2O3(SZT1000x,x=0,0.2%,0.4%,0.6%,0.8%,1%)陶瓷。室溫下測量的鐵電P–E回線以及極化電流密度J–E曲線充分說明了加壓過程中鐵電疇以及納米極性微區(qū)(PNRs)的變化。大的應(yīng)變是因?yàn)樵谕怆妶鰹榱銜r(shí)材料表現(xiàn)為非極性相，且在外電場下可以輕易地轉(zhuǎn)變成長程鐵電相，一旦外電場消失，系統(tǒng)又回復(fù)到未極化狀態(tài)。為了研發(fā)出在較低的電場下具有大的應(yīng)變的陶瓷材料，研究了不同組分和不同外加電場時(shí)應(yīng)變
7、的變化。發(fā)現(xiàn)當(dāng)SZT的摻雜量為0.6%mol時(shí)，外加電場為50kV/cmI西北工業(yè)大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文時(shí)應(yīng)變?yōu)?.44%，Smax/Emax達(dá)到744pm/V。值得注意的是，該組分在外加電場僅僅為40kV/cm時(shí)就得到了相對較大的應(yīng)變，此時(shí)Smax/Emax也達(dá)到了717pm/V，這意味著該材料有希望應(yīng)用到壓電驅(qū)動器上。關(guān)鍵詞：鈦酸鉍鈉基陶瓷；Rietveld精修；鐵電性能；壓電性能；抗疲勞特性；氧空位；電導(dǎo)率IIABSTRACTABSTRACTSodiumbismuthtitanateBi0.5Na0.5TiO3(BNT),whichhasst
