论文题目: Bi0.5Na0.5TiO3-BaTiO3系无铅压电陶瓷性能的优化研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 材料学
作者: 杨晓冬
导师: 吕忆农
关键词: 无铅压电陶瓷,工艺,优化,介电性能,压电性能
文献来源: 南京工业大学
发表年度: 2005
论文摘要: 当今，压电陶瓷作为一类极为重要的功能材料，其应用已遍及人类日常生活及生产的各个角落。传统的PZT基压电陶瓷因具有成熟的制造工艺和优异的压电性能，因而被大量采用。然而，为了保护环境，研究开发新型的无铅压电陶瓷已成为一项紧迫且具有重大意义的课题。 (Bi0.5Na0.5)TiO3-BaTiO3（简称BNBT）系无铅压电陶瓷由于具有优异的铁电压电性能，有望成为替代铅基压电陶瓷的候选材料。 本文对无铅压电陶瓷的研究现状和BNBT制备工艺过程作了系统地论述。借助DSC／TGA、XRD和SEM等分析技术确定BNBT的制备工艺条件，采用正交设计试验方法研究了主要的工艺参数（BaTiO3含量、预烧温度、烧结温度、保温时间）对BNBT陶瓷介电、压电性能的影响，其中BaTiO3含量的影响最为显著，并且得到了本实验条件下制备BNBT体系陶瓷的最优化方案为：BT摩尔含量0.06，预烧温度850℃，烧结温度1 130℃，保温时间2h，在此工艺条件下制备的BNBT陶瓷具有非常优异的介电、压电性能，其tgδ=1.78％、d33=138pC·N-1、ε33T／ε0=587。 研究了BaTiO3含量对BNBT性能与晶体结构的影响。通过XRD分析了BNBT-100x（x=0、0.02、0.04、0.06、0.08、0.10、0.12）的晶体结构类型，确定了该体系的三方四方准同型相界在x=0.06～0.08附近，根据XRD的数据计算了不同BaTiO3含量下BNBT的晶格常数及畸变程度。借助扫描电镜（SEM）对BNBT体系陶瓷试样的观察得到，Ba2+的引入促进了试样的致密烧结，抑制了晶粒的生长，当Ba2+摩尔含量在0.12时，BNBT体系逐步向四方相转变，晶粒尺寸有所增大。 本文还在BNBT的基础上，分别掺杂CeO2、Nb2O5对其进行改性研究。当掺杂0.1 wt％CeO2后，陶瓷的介电性能有显著提高，且通过对试样表面形貌的SEM观察得到适量CeO2的掺杂有利于促进晶粒的生长及致密化的提高；而Nb2O5的掺杂拓宽了BNBT陶瓷的烧结温度，且随着Nb2O5掺量的增大，压电常数，介电损耗及相对介电常数都呈上升的趋势，体现了“软掺杂”的特征。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 压电陶瓷材料简介
1.1.1 压电陶瓷材料的发展历程
1.1.2 压电陶瓷材料的应用领域
1.1.3 钙钛矿型压电陶瓷的晶体结构
1.1.4 压电陶瓷的基本性质
1.1.5 压电陶瓷材料的主要特性参数
1.2 无铅压电陶瓷的研究背景及意义
第二章 无铅压电陶瓷的研究现状及课题的研究内容
2.1 无铅压电陶瓷的研究现状
2.1.1 钛酸钡基无铅压电陶瓷
2.1.2 铌酸盐系无铅压电陶瓷
2.1.3 含铋层状无铅压电陶瓷
2.1.4 钛酸铋钠基无铅压电陶瓷
2.2 课题的研究内容
2.2.1 主要研究内容
2.2.2 有关本论文中简称的说明
第三章 Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3-BaTiO_3系陶瓷的制备过程
3.1 BNBT无铅压电陶瓷制备的工艺流程
3.1.1 原料的选择、配料计算及称量
3.1.2 原料的球磨混合
3.1.3 粉体的合成
3.1.4 二次球磨
3.1.5 造粒与成型
3.1.6 排胶
3.1.7 烧结
3.1.8 被银与极化
3.2 性能测试及结构表征方法
3.2.1 介电性能的测试
3.2.2 压电常数的测试
3.2.3 DSC/TGA热分析
3.2.4 XRD分析
3.2.5 扫描电镜分析
第四章 BNBT无铅压电陶瓷工艺的优化
4.1 正交试验优化BNBT陶瓷的制备工艺
4.1.1 正交试验方案的确定
4.1.2 结果验证
4.2 工艺条件对BNBT陶瓷的介电、压电性能的影响
4.2.1 预烧温度的影响
4.2.2 烧结温度的影响
4.2.3 保温时间的影响
第五章 BT含量对BNBT性能与晶体结构的影响
5.1 BT含量对BNBT性能的影响
5.1.1 BT含量对BNBT介电性能的影响
5.1.2 BT含量对BNBT压电性能的影响
5.2 BT含量对BNBT晶体结构的影响
5.2.1 BNBT晶体结构的XRD分析
5.2.2 晶胞参数的计算
5.3 BT含量对BNBT陶瓷显微结构的影响
第六章 BNBT无铅压电陶瓷的掺杂改性
6.1 CeO_2掺杂改性的研究
6.1.1 工艺条件对掺CeO_2的BNBT性能的影响
6.1.2 CeO_2掺入量对BNBT性能的影响
6.1.3 CeO_2的掺入对BNBT显微结构的影响
6.2 Nb_2O_5掺杂改性的研究
6.2.1 Nb_2O_5的掺杂量对BNBT性能的影响
6.2.2 BNBT-4的性能随不同的Nb_2O_5掺入量的变化关系
6.2.3 不同Nb_2O_5掺入量的BNBT-4试样的显微结构
第七章 结论与展望
7.1 结论
7.2 展望
参考文献
成果
致谢
发布时间: 2007-03-23
参考文献
- [1].(Bi1/2Na1/2)TiO3-BaTiO3系无铅压电陶瓷的研究[D]. 马麦霞.南京工业大学2003
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