溶胶—凝胶法合成Na0.5Bi0.5TiO3-K0.5Bi0.5TiO3体系陶瓷的结构与介电、压电性能的研究

论文摘要

本论文采用溶胶-凝胶法制备了（1-x）Na0.5Bi0.5TiO3-xK0.5Bi0.5TiO3（简称（1x）NBT-xKBT）体系无铅压电陶瓷，系统研究了材料的合成方法与制备工艺、结构与压电性能的关系，分析了（1-x）NBT-xKBT陶瓷的压电性能与组成、结构之间的联系，并结合实验结果探讨了（1-x）NBT-xKBT陶瓷的介电弛豫特性、相变特性以及材料的铁电性质及其对材料压电性能的影响与作用规律。采用溶胶-凝胶法制备（1-x）NBT-xKBT粉体。研究结果表明，前驱液的pH值、水／醇盐的摩尔比R=[H2O]／[M（OR）]、胶凝温度和煅烧温度是影响溶胶及凝胶的形成、合成粉体的晶体结构与颗粒形态的主要因素。通过实验研究确定了适当的合成工艺条件，并制备出（1-x）NBT-xKBT粉体。XRD分析表明，用溶胶-凝胶法可以在650℃下合成具有纯钙钛矿结构的（1-x）NBT-xKBT粉体，且在x=0.18～0.30范围内陶瓷具有三方-四方相共存的晶体结构，为该体系的准同型相界（MPB）。当x=0.30时，压电常数d33达到最大值(d33=150pC／N)，在x=0.26时，平面机电耦合系数kp与介电常数ε33T／ε0。达最大值，分别为36.7％和1107。与常规固相法相比，采用溶胶-凝胶法有利于提高陶瓷样品的压电性能。同时分析了该体系陶瓷材料在1、10、100kHz下介电常数-温度曲线和介电损耗-温度曲线，发现该体系陶瓷是一类弛豫型铁电体材料。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 2 文献综述
• 2.1 压电陶瓷
• 2.2 压电陶瓷材料的压电机理及应用
• 2.2.1 压电陶瓷材料的压电机理
• 2.2.2 压电陶瓷材料的主要应用
• 2.3 无铅压电陶瓷的种类及其特点
• 3（简称BT）基无铅压电陶瓷'>2.3.1 BaTiO₃（简称BT）基无铅压电陶瓷
• 3）基无铅压电陶瓷'>2.3.2 铌酸钠（NaNbO₃）基无铅压电陶瓷
• 2.3.3 铋层状结构无铅压电陶瓷
• 2.3.4 钨青铜结构无铅压电陶瓷
• 2.3.5 NBT基无铅压电陶瓷
• 2.4 钛酸铋钠基无铅压电陶瓷的研究现状及进展
• 2.5 溶胶-凝胶法简介
• 2.5.1 sol-gel法原理
• 2.5.2 sol-gel法制备工艺
• 2.6 本研究的目的和意义
• 2.7 本研究的总体思路
• 3 实验
• 3.1 实验原料
• 3.2 实验配方组成
• 3.3 实验仪器与设备
• 3.4 NBT与（1-x）NBT-xKBT系陶瓷样品制备工艺流程
• 3.5 陶瓷样品的性能及结构分析
• 3.5.1 陶瓷样品的线收缩率和体积密度测试
• 3.5.2 粉体TG-DTA分析
• 3.5.3 粉体的形貌分析
• 3.5.4 XRD物相结构分析
• 3.5.5 陶瓷的显微结构分析
• 3.5.6 性能测试
• 4 NBT陶瓷的溶胶-凝胶法合成与制备研究
• 4.1 NBT粉体的溶胶-凝胶法合成研究
• 4.1.1 NBT粉体的溶胶-凝胶法合成过程
• 4.1.2 加水量对溶胶-凝胶形成的影响
• 4.1.3 前驱体液pH值的影响
• 4.1.4 成胶温度的影响
• 4.1.5 NBT干凝胶粉体TG-DTA分析
• 4.1.6 热处理温度对合成粉料的影响
• 4.2 NBT陶瓷结构与电性能研究
• 4.2.1 NBT陶瓷样品的结构及形貌
• 4.2.2 NBT陶瓷样品烧成温度与陶瓷性能的研究
• 4.2.3 NBT陶瓷样品介电性能的研究
• 4.2.4 NBT陶瓷的电滞回线
• 4.3 小结
• 5 （1-x）NBT-xKBT系无铅压电陶瓷的合成、结构与电性能研究
• 5.1 （1-x）NBT-xKBT系粉体的溶胶-凝胶法合成
• 5.1.1 （1-x）NBT-xKBT系粉体的溶胶-凝胶法合成过程
• 5.1.2 粉体的TG-DTA分析
• 5.1.3 煅烧温度对粉体晶相结构的影响
• 5.2 （1-x）NBT-xKBT体系陶瓷样品的结构及形貌
• 5.3 （1-x）NBT-xKBT体系陶瓷的压电性能
• 5.4 （1-x）NBT-xKBT体系陶瓷的介电性能
• 5.5 （1-x）NBT-xKBT体系陶瓷的铁电性能
• 5.5.1 组成对（1-x）NBT-xKBT体系陶瓷铁电性能的影响
• 5.5.2 （1-x）NBT-xKBT体系陶瓷的铁电与压电性能的相关性
• 5.6 小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文