论文摘要
基于Bi基钙钛矿型铁电体BiMeO3（Me=Fe,Cr,Co）具有良好的铁电性和高居里温度以及三元系陶瓷能在更宽成分范围内调节性能以满足实际应用。本文选择BiMeO3作为第三组元添加到三方、四方可调控的、压电性能较好的二元系(Bi1/2Na1/2)TiO3-(Bi1/2K1/2)TiO3（BNT-BKT）中,研究新型Bi基三元系钙钛矿型（1-x-y）BNT-xBKT-yBiMeO3（Me=Fe,Cr,Co）无铅压电陶瓷的结构,显微组织,介电压电性能、弥散相变、介电弛豫和退极化温度,分析了Bi基铁电体BiMeO3（Me=Fe,Cr,Co）对（1-x-y）BNT-xBKT-yBiMeO3陶瓷的影响和特殊作用。主要研究内容和创新之处如下:系统研究了新型Bi基三元体系钙钛矿型（1-x-y）BNT-xBKT-yBiMeO3（Me=Fe,Cr,Co）无铅压电陶瓷的成分与结构,显微组织,介电压电性能的关系。XRD结果表明其准同型相界的成分范围为:x=0.18～0.21,y（BiFeO3）=0～0.05,y（BiCrO3）=0～0.02,y（BiCoO3）==0～0.03。在准同型相界的组分具有较好的压电性能:（1）x=0.18,y（BiFeO3）=0.03时,d33=171 pC/N,kp=0.366;（2）x=0.18,y（BiCrO3）=0.015时,d33=168pC/N,x=0.18,y（BiCrO3）=0.01时,kp=0.32;（3）x=0.21,y（BiCoO3）=0.01时,d33=156 pC/N,kp=0.34。系统研究了A位非化学计量对（1-x-y）BNT-xBKT-yBiMeO3（Me=Fe,Cr,Co）体系准同型相界附近组分的结构、显微组织,介电压电性能的影响。发现A位微量非化学计量对陶瓷的结构和显微组织的影响不明显,但A位过量与不足较多时,会析出条状第二相晶粒。A位非化学计量通常降低陶瓷的压电性能,但在（1-x-y）BNT-xBKT-yBiFeO3体系陶瓷中,d33随A位过量的增加变化不大,在（1-x-y）BNT-xBKT-yBiCoO3体系陶瓷中,d33在A位微量不足时增加。采用液氮冷却低温冻结畴壁运动研究影响（1-x-y）BNT-xBKT-yBiMeO3（Me=Fe,Cr）陶瓷压电、介电性能的作用机理。提出了本征贡献与非本征贡献影响该陶瓷压电介电性能的机理。微量BiFeO3提高非本征压电贡献,从而提高陶瓷的压电性能,而微量BiCrO3降低非本征介电贡献。陶瓷压电性能随BiMeO3与BKT含量增加而下降主要是晶体结构改变降低本征压电贡献的结果。在A位非化学计量的（1-x-y）BNT-xBKT-yBiFeO3陶瓷中采用极化相位角θmax衡量极化程度,发现d33与kp具有不同的作用机理。随应力增加,压电常数d33在低于临界应力下基本不变,当应力高于临界应力后d33下降,不同成分的陶瓷具有不同的临界应力。陶瓷中应力对畴壁运动与弹性偶极子的作用是影响陶瓷d33的作用机理之一。系统研究了（1-x-y）BNT-xBKT-yBiMeO3（Me=Fe,Cr,Co）陶瓷的介电温谱,发现（1-x-y）BNT-xBKT-yBiMeO3（Me=Fe,Cr）体系存在两个介电反常峰与一个介电损耗峰。低温介电反常峰温度的介电常数存在明显的频率依赖性。（1-x-y）BNT--xBKT-yBiCoO3体系陶瓷随BiCoO3含量增加低温介电反常峰消失。分析了典型弛豫铁电体和普通铁电体的区别,首次提出了将弛豫铁电体分为本征弛豫铁电体和非本征弛豫铁电体的理论。通过分析陶瓷极化前和极化后的介电温谱以及介电频率差异随温度的变化规律,提出（1-x-y）BNT-xBKT-yBiMeO3（Me=Fe,Cr,Co）陶瓷低温介电反常峰附近介电常数的频率依赖性主要是空间电荷和缺陷偶极子极化引起的非本征弛豫。采用机电耦合系数kp和极化相位角θmax随温度的变化关系确定（1-x-y）BNT-xBKT-yBiMeO3（Me=Fe,Cr,Co）压电陶瓷的退极化温度。kp与θmax确定的退极化温度基本一致,退极化温度与介电损耗峰温度基本相同,但都低于低温介电反常峰温度,其退极化温度随BiMeO3含量的增加而降低。系统分析了Bi基铁电体BiMeO3（Me=Fe,Cr,Co）对（1-x-y）BNT-xBKT-yBiMeO3陶瓷的晶体结构,显微组织,介电压电性能,弛豫特性与退极化温度的影响规律。BiCoO3对陶瓷显微组织影响最明显,促进陶瓷晶粒明显长大,BiFeO3次之,BiCrO3对晶粒的影响较小。BiMeO3（Me=Fe,Cr）起软性添加物的作用,BiCoO3起软性和硬性添加物的双重作用。其中BiFeO3对压电性能的提高最明显,同时随BiFeO3含量的增加其压电性能的成分稳定性较好。（1-x-y）BNT-xBKT-yBiMeO3（Me=Fe,Cr）体系陶瓷的介电特性相似。BiCoO3对陶瓷介电特性的影响与BiMeO3（Me=Fe,Cr）不同,随BiCoO3含量的增加,低温介电反常峰消失,出现两个介电损耗峰,在研究的温度范围内都存在明显的频率依赖性。Bi基铁电体BiMeO3（Me=Fe,Cr,Co）对（1-x-y）BNT-xBKT-yBiMeO3体系陶瓷的退极化温度和介电损耗峰温度的影响相同,都随BiMeO3含量的增加而降低。
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摘要ABSTRACT目录第一章 文献综述1.1 研究开发无铅压电陶瓷材料的意义1.2 无铅压电陶瓷的种类及其特点3基无铅压电陶瓷'>1.2.1 BaTiO3基无铅压电陶瓷1/2Na1/2)TiO3基无铅压电陶瓷'>1.2.2 (Bi1/2Na1/2)TiO3基无铅压电陶瓷1.2.3 铋层状结构无铅压电陶瓷1.2.4 铌酸钾钠锂系无铅压电陶瓷1.2.5 钨青铜结构无铅压电陶瓷1/2Na1/2)TiO3基无铅压电陶瓷的研究进展'>1.3 (Bi1/2Na1/2)TiO3基无铅压电陶瓷的研究进展1/2Na1/2)TiO3基无铅压电陶瓷的掺杂改性研究'>1.3.1 (Bi1/2Na1/2)TiO3基无铅压电陶瓷的掺杂改性研究1/2Na1/2)TiO3无铅压电陶瓷的相变与弛豫特性'>1.3.2 (Bi1/2Na1/2)TiO3无铅压电陶瓷的相变与弛豫特性1/2Na1/2)TiO3无铅压电陶瓷的退极化温度'>1.3.3 (Bi1/2Na1/2)TiO3无铅压电陶瓷的退极化温度1.4 压电陶瓷铁电与压电机理的研究进展1.4.1 离子位移理论1.4.2 "软掺杂,硬掺杂"和内偏场模型1.4.3 电子轨道杂化理论和π键理论1.4.4 畴壁运动或畴壁位移模型1.4.5 原子组成作用理论1.5 本文的研究思路和主要研究内容第二章 样品制备与性能表征2.1 实验仪器与主要原料2.2 实验工艺流程2.3 性能测试与仪器设备3压电陶瓷的组成、结构、电性能及机理研究'>第三章 BNT-BKT-BiFeO3压电陶瓷的组成、结构、电性能及机理研究3.1 引言3陶瓷的组成与晶体结构'>3.2 （1-x-y）BNT-xBKT-yBiFeO3陶瓷的组成与晶体结构3陶瓷的显微形貌'>3.3 （1-x-y）BNT-xBKT-yBiFeO3陶瓷的显微形貌3陶瓷的介电性能'>3.4 （1-x-y）BNT-xBKT-yBiFeO3陶瓷的介电性能3陶瓷的压电性能'>3.5 （1-x-y）BNT-xBKT-yBiFeO3陶瓷的压电性能3陶瓷的影响'>3.6 A位非化学计量对0.79BNT-0.18BKT-0.03BiFeO3陶瓷的影响3陶瓷结构与显微形貌的影响'>3.6.1 A位非化学计量对0.79BNT-0.18BKT-0.03BiFeO3陶瓷结构与显微形貌的影响3陶瓷压电介电性能的影响'>3.6.2 A位非化学计量对0.79BNT-0.18BKT-0.03BiFeO3陶瓷压电介电性能的影响3陶瓷的压电与介电机理研究'>3.7 （1-x-y）BNT-xBKT-yBiFeO3陶瓷的压电与介电机理研究3.8 本章小结3压电陶瓷的介电特性和退极化温度研究'>第四章 BNT-BKT-BiFeO3压电陶瓷的介电特性和退极化温度研究4.1 引言3陶瓷的介电温谱'>4.2 （1-x-y）BNT-xBKT-yBiFeO3陶瓷的介电温谱3陶瓷的弥散相变'>4.3 （1-x-y）BNT-xBKT-yBiFeO3陶瓷的弥散相变3陶瓷的介电弛豫'>4.4 （1-x-y）BNT-xBKT-yBiFeO3陶瓷的介电弛豫3陶瓷的退极化温度'>4.5 （1-x-y）BNT-xBKT-yBiFeO3陶瓷的退极化温度4.6 本章小结3陶瓷的组成、结构、电性能及机理研究'>第五章 BNT-BKT-BiCrO3陶瓷的组成、结构、电性能及机理研究5.1 引言3陶瓷的组成与晶体结构'>5.2 （1-x-y）BNT-xBKT-yBiCrO3陶瓷的组成与晶体结构3陶瓷的显微形貌'>5.3 （1-x-y）BNT-xBKT-yBiCrO3陶瓷的显微形貌3陶瓷的介电性能'>5.4 （1-x-y）BNT-xBKT-yBiCrO3陶瓷的介电性能3陶瓷的压电性能'>5.5 （1-x-y）BNT-xBKT-yBiCrO3陶瓷的压电性能3陶瓷的影响'>5.6 A位非化学计量对0.81BNT-0.18BKT-0.01BiCrO3陶瓷的影响3陶瓷结构与显微形貌的影响'>5.6.1 A位非化学计量对0.81BNT-0.18BKT-0.01BiCrO3陶瓷结构与显微形貌的影响3陶瓷压电介电性能的影响'>5.6.2 A位非化学计量对0.81BNT-0.18BKT-0.01BiCrO3陶瓷压电介电性能的影响3陶瓷的压电与介电机理研究'>5.7 （1-x-y）BNT-xBNT-yBiCrO3陶瓷的压电与介电机理研究5.8 本章小结3压电陶瓷的介电特性和退极化温度研究'>第六章 BNT-BKT-BiCrO3压电陶瓷的介电特性和退极化温度研究6.1 引言3陶瓷的介电温谱'>6.2 （1-x-y）BNT-xBKT-yBiCrO3陶瓷的介电温谱3陶瓷的弥散相变'>6.3 （1-x-y）BNT-xBKT-yBiCrO3陶瓷的弥散相变3陶瓷的介电弛豫'>6.4 （1-x-y）BNT-xBKT-yBiCrO3陶瓷的介电弛豫3陶瓷的退极化温度'>6.5 （1-x-y）BNT-xBKT-yBiCrO3陶瓷的退极化温度6.6 本章小结3陶瓷的组成、结构与电性能研究'>第七章 BNT-BKT-BiCoO3陶瓷的组成、结构与电性能研究7.1 引言3陶瓷的组成与晶体结构'>7.2 （1-x-y）BNT-xBKT-yBiCoO3陶瓷的组成与晶体结构3陶瓷的显微形貌'>7.3 （1-x-y）BNT-xBKT-yBiCoO3陶瓷的显微形貌3陶瓷的介电性能'>7.4 （1-x-y）BNT-xBKT-yBiCoO3陶瓷的介电性能3陶瓷的压电性能'>7.5 （1-x-y）BNT-xBKT-yBiCoO3陶瓷的压电性能3陶瓷的影响'>7.6 A位非化学计量对0.81BNT-0.18BKT-0.01BiCoO3陶瓷的影响3陶瓷结构与显微形貌的影响'>7.6.1 A位非化学计量对0.81BNT-0.18BKT-0.01BiCoO3陶瓷结构与显微形貌的影响3陶瓷压电介电性能的影响'>7.6.2 A位非化学计量对0.81BNT-0.18BKT-0.01BiCoO3陶瓷压电介电性能的影响7.7 本章小结3陶瓷的介电特性和退极化温度研究'>第八章 BNT-BKT-BiCoO3陶瓷的介电特性和退极化温度研究8.1 引言3陶瓷的介电温谱'>8.2 （1-x-y）BNT-xBKT-yBiCoO3陶瓷的介电温谱3陶瓷的弥散相变'>8.3 （1-x-y）BNT-xBKT-yBiCoO3陶瓷的弥散相变3陶瓷的介电弛豫'>8.4 （1-x-y）BNT-xBKT-yBiCoO3陶瓷的介电弛豫3陶瓷的退极化温度'>8.5 （1-x-y）BNT-xBKT-yBiCoO3陶瓷的退极化温度8.6 本章小结3在BNT-BKT-BiMeO3陶瓷中的作用'>第九章 Bi基铁电体BiMeO3在BNT-BKT-BiMeO3陶瓷中的作用9.1 引言3对（1-x-y）BNT-xBKT-yBiMeO3陶瓷晶体结构的影响'>9.2 BiMeO3对（1-x-y）BNT-xBKT-yBiMeO3陶瓷晶体结构的影响3对（1-x-y）BNT-xBKT-yBiMeO3陶瓷显微形貌的影响'>9.3 BiMeO3对（1-x-y）BNT-xBKT-yBiMeO3陶瓷显微形貌的影响3对（1-x-y）BNT-xBKT-yBiMeO3陶瓷介电性能的影响'>9.4 BiMeO3对（1-x-y）BNT-xBKT-yBiMeO3陶瓷介电性能的影响3对（1-x-y）BNT-xBKT-yBiMeO3陶瓷压电性能的影响'>9.5 BiMeO3对（1-x-y）BNT-xBKT-yBiMeO3陶瓷压电性能的影响3对（1-x-y）BNT-xBKT-yBiMeO3陶瓷介电特性和退极化温度的影响'>9.6 BiMeO3对（1-x-y）BNT-xBKT-yBiMeO3陶瓷介电特性和退极化温度的影响9.7 本章小结第十章 结论参考文献致谢攻读博士学位期间主要的研究成果目录
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无铅压电陶瓷BNT-BKT-BiMeO3（Me=Fe、Cr、Co）电性能及机理研究
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