氧化銅摻雜鈦酸鋇無(wú)鉛壓電陶瓷的制備.ppt

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1、氧化銅摻雜鈦酸鋇無(wú)鉛壓電陶瓷的制備實(shí)驗(yàn)者：所屬系所:材料學(xué)院無(wú)機(jī)非金屬材料工程專(zhuān)業(yè)指導(dǎo)教師:第一章壓電材料簡(jiǎn)介壓電材料應(yīng)用壓電材料是實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能相互轉(zhuǎn)換的一類(lèi)功能材料,在諧振器，濾波器，驅(qū)動(dòng)器，傳感器，超聲換能器等各種電子元器件方面有著廣泛的應(yīng)用。目前實(shí)用化的壓電材料中,廣泛使用的是鋯鈦酸鉛(Pb(Zr,Ti)03,簡(jiǎn)稱(chēng)PZT)基陶瓷材料。壓電顯示屏：美國(guó)大眾機(jī)械網(wǎng)評(píng)選的2010年最前沿的十大科學(xué)技術(shù)之一（潛用于手機(jī)屏幕）壓電晶體材料：成都菁華三才科技有限責(zé)任公司各種規(guī)格微孔霧化片PZT超聲壓電陶瓷片（通訊雷達(dá)聲吶爆破）2.問(wèn)題與發(fā)展1.PZT

2、的制備原料中有大量的含鉛氧化物,在生產(chǎn)使用和廢棄后處理的過(guò)程中都會(huì)對(duì)環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重影響。2.所以,發(fā)展環(huán)境友好型無(wú)鉛壓電陶瓷是一項(xiàng)重要的研究課題。BaTIO基陶瓷材料是一類(lèi)重要的無(wú)鉛壓電陶瓷。3.通常制備的BaTIO基陶瓷材料壓電活性太低，需要改進(jìn)。第二章實(shí)驗(yàn)本實(shí)驗(yàn)向鈦酸鋇粉體中摻雜1%氧化銅，利用通常生產(chǎn)電子陶瓷的工藝制備了BaTIO3陶瓷，并對(duì)其收縮率，相對(duì)密度，介電性能進(jìn)行測(cè)試。1.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容造?！尚汀拍z→燒結(jié)→極化性能測(cè)試：收縮率相對(duì)密度d33介電損耗介電常數(shù)2.實(shí)驗(yàn)儀器、試劑藥品名稱(chēng)分子式純度生產(chǎn)廠家鈦酸鋇BaTiO3BT-150上海典楊

3、實(shí)業(yè)有限公司氧化銅CuO分析純沈陽(yáng)市新西試劑廠聚乙烯醇---聚合度1750天津大茂化試劑廠無(wú)水乙醇C2H5OH分析純天津市大茂化學(xué)試劑廠銀漿Ag濃度73.2%上海正銀電子材料有限公司所用儀器實(shí)驗(yàn)儀器儀器型號(hào)儀器廠家臺(tái)式粉末壓片機(jī)FYD-40-A天津市思創(chuàng)精實(shí)科技發(fā)展有限公司箱式電阻爐SX2-4-13濟(jì)南精密科學(xué)儀器儀表有限公司真空干燥箱GZX-9146MBBE上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠電子天平JA3003J上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司密度天平JA3003J上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司XRD衍射儀TD-3500丹東通達(dá)科技有限公司研磨拋光機(jī)PG-

4、1上海金相機(jī)械設(shè)備有限公司壓電性能測(cè)試儀ZJ-4AN中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所第三章結(jié)果與討論1.相對(duì)密度-溫度圖結(jié)果分析燒結(jié)的樣品相對(duì)密度基本保持不變，密度值均已接近理論密度，且在1080℃基本相同。這表明，1%CuO摻雜后的陶瓷樣品均已燒結(jié)成瓷，與傳統(tǒng)燒結(jié)溫度相比（1350℃-1450℃）燒結(jié)溫度有所下降。在BaTiO3陶瓷中CuO起到了提高陶瓷致密度和降低燒結(jié)溫度的作用。2.收縮率-溫度圖結(jié)果分析陶瓷收縮率隨溫度的增加而增加。隨著燒結(jié)溫度的升高，陶瓷顆?；圃龆?，逐漸填充大的氣孔，引起晶界的滑移。陶瓷氣孔率降低逐漸致密，體積減小，收縮率不斷增大。從

5、而說(shuō)明氧化銅可以降低燒結(jié)溫度，起到了作為一種助燒劑的作用3.XRD圖實(shí)驗(yàn)a值平均值：4.031標(biāo)準(zhǔn)a值平均值：4.032實(shí)驗(yàn)d值4.0392.8492.3272.0151.8021.644標(biāo)準(zhǔn)d值4.042.852.3282.0161.8031.644實(shí)驗(yàn)a值4.0394.0294.034.034.0294.027標(biāo)準(zhǔn)a值4.044.0314.0324.0324.0324.027結(jié)果分析<1>由圖可知，在XRD圖譜中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)第二相，BaTiO3衍射峰比照標(biāo)準(zhǔn)PDF沿2-theta增大方向略有偏移。CuO在BaTiO3中有兩種存在可能:一種情況是Cu

6、2+進(jìn)入了晶格,另一種是CuO作為第二相在晶界處析出。對(duì)于本實(shí)驗(yàn)BTO一Cu0.01陶瓷,CuO的摻雜量較小。結(jié)果分析<2>由于實(shí)驗(yàn)儀器測(cè)試精度的限制,XRD中未檢測(cè)出CuO的存在，不能確定Cu2+是否進(jìn)入了晶格以及是否存在游離的CuO。從表中可以看出，隨著CuO摻雜量增加,晶格常數(shù)a值、d值均變小。原因是CuO進(jìn)入BaTiO3晶格內(nèi),形成固溶體,晶胞體積減小。4.介電性能<1>介電性能<2>介電性能<3>d33實(shí)驗(yàn)值17.0pC/N結(jié)果分析本實(shí)驗(yàn)所測(cè)介電性能普遍偏小，原因可以歸因于相變溫度To一T較大幅度的降低和CuO在晶界處的析出。盡管還需要進(jìn)

7、一步的詳細(xì)研究,不過(guò)可以確認(rèn)的是相變溫度To一T的降低是與晶格結(jié)構(gòu)的變化密切相關(guān)的。另外,晶界處的CuO第二相可能會(huì)對(duì)電疇產(chǎn)生釘扎效應(yīng),阻礙電疇轉(zhuǎn)向,從而導(dǎo)致電疇對(duì)外加的電信號(hào)或應(yīng)力信號(hào)的響應(yīng)不敏感.此外，,其較高的密度和均勻的晶粒尺寸分布可能起了重要作用。5.結(jié)論1.隨著溫度的不斷升高，陶瓷各性能變化趨勢(shì)各不相同，在1080℃時(shí)，相對(duì)密度達(dá)到最大值99.40%，之后不斷下降。收縮率與溫度變化趨勢(shì)相反。2.隨著頻率對(duì)數(shù)不斷增加，陶瓷介電常數(shù)不斷減小，介電損耗在0時(shí)達(dá)到最小值0.01323，之后不斷增加。第四章實(shí)驗(yàn)后感想該實(shí)驗(yàn)不但提升了我們的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手

8、能力，豐富了對(duì)先進(jìn)陶瓷相關(guān)知識(shí)的了解，還加深了對(duì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)，促進(jìn)了理論與實(shí)踐的結(jié)合。是對(duì)以往專(zhuān)業(yè)知識(shí)的檢驗(yàn)，也為日后的