反應(yīng)模板晶粒生長(zhǎng)法(RTGG)制備BNT-BKT-BT織構(gòu)陶瓷.pdf

1、壓電材料廣泛應(yīng)用于傳感器、致動(dòng)器以及儲(chǔ)能設(shè)備中,是一類重要的高技術(shù)新材料。隨著環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的需要,開發(fā)出高性能的無鉛壓電材料成為一個(gè)亟待解決的技術(shù)難題。本文選擇Bi0.5Na0.5TiO3(BNT)體系為研究對(duì)象,采用反應(yīng)模板晶粒生長(zhǎng)法(Reactive Templated Grain Growth,RTGG)制備了具有<001>擇優(yōu)取向的(1-x-y)Bi0.5Na0.5TiO3-yBi0.5K0.5TiO3-xBaTiO3(BNBK

2、)陶瓷。系統(tǒng)研究了配方的選擇、RTGG法中工藝過程控制、織構(gòu)演變過程、模板晶粒外延生長(zhǎng)機(jī)理以及陶瓷的微觀形貌結(jié)構(gòu)和壓電、介電性能。
　　用傳統(tǒng)固相法制備了BNT基無鉛壓電陶瓷,研究了BNT-BKT二元體系、BNT-BKT-BT三元體系以及Li摻雜BNBK陶瓷。研究了其微觀形貌、相結(jié)構(gòu)和壓電介電性能。實(shí)驗(yàn)證明組分為0.85BNT-0.11BKT-0.04BT(BNBK)的陶瓷具有良好的壓電性能:d33=189 pC/N,kp=0.2

3、5,遠(yuǎn)高于純BNT以及BNT-BKT陶瓷。研究發(fā)現(xiàn)摻雜的Li一部進(jìn)入鈣鈦礦晶格中造成晶格畸變,另一部分聚集在晶界處,在高溫下作為液相,起到加速傳質(zhì)促進(jìn)晶粒生長(zhǎng)的作用。當(dāng)摻入0.07 mol％Li時(shí),試樣的壓電系數(shù)明顯提高,d33最高可達(dá)230 pC/N,kp最高可達(dá)0.30。
　　采用流延工藝,以Bi4Ti3O12為模板晶種制備了BNT-BKT-BT(BNBK)織構(gòu)化陶瓷。研究發(fā)現(xiàn),BNBK織構(gòu)陶瓷的形成共經(jīng)過原位拓?fù)浞磻?yīng)階段和模

4、板晶粒外延生長(zhǎng)階段。原位拓?fù)浞磻?yīng)在800 oC發(fā)生,模板晶粒外延生長(zhǎng)階段在1000℃以上發(fā)生。以BIT為模板制備的BNBK織構(gòu)陶瓷具有良好的晶粒定向效果。通過XRD和SEM分析得知,模板晶粒在升溫過程中逐步吞噬基體晶粒形成織構(gòu),織構(gòu)度隨著燒結(jié)溫度的升高而增加。在1200℃下燒結(jié)的樣品織構(gòu)度f可達(dá)0.60。所制備的BNBK織構(gòu)陶瓷具有優(yōu)良的性能:d33=254 pC/N,kp=0.34,Tc=320℃。其d33是同等條件下燒結(jié)的隨機(jī)取向B

5、NBK陶瓷的1.4倍。
　　本文還探討了RTGG法制備BNBK陶瓷的一些影響因素。研究發(fā)現(xiàn)以BaTiO3為Ba源可以使BT-BNT固溶溫度和原位反應(yīng)溫度錯(cuò)開,減緩低溫?zé)崽幚頃r(shí)離子交換速率,有利于保持模板在原位拓?fù)浞磻?yīng)過程中的完整性。增加模板含量可以有效提高樣品的織構(gòu)度,模板越多,模板晶粒需要生長(zhǎng)的距離短,一定程度地降低了外延生長(zhǎng)的難度。添加過量的Bi2O3可在高溫下形成液相,使得基質(zhì)中的細(xì)小晶粒溶于該液相,并迅速擴(kuò)散到模板表面進(jìn)行