NBT基無鉛壓電陶瓷的制備、結(jié)構(gòu)及電性能研究.pdf

1、鈦酸鉍鈉(Na0.5Bi0.5)TiO3(簡稱NBT)是鈣鈦礦型的A位復(fù)合離子結(jié)構(gòu)的鐵電體材料，它被認(rèn)為是最有希望代替含鉛壓電材料的無鉛壓電陶瓷材料之一。但是由于NBT材料具有較為復(fù)雜的相變序列，因此目前對其相變過程和機制還存在較大的爭議。本論文采用傳統(tǒng)的電子陶瓷制備工藝固相反應(yīng)法，制備出NBT基二元體系、三元體系以及四元體系陶瓷材料，對各體系材料的相結(jié)構(gòu)、顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行了測試，系統(tǒng)的研究了各個體系材料的電學(xué)性能，探討了NBT材料的相變過

2、程及應(yīng)用前景。
　　 在所研究的范圍內(nèi)，Na0.5Bi0.5TiO3-xSrTiO3和Na0.5Bi0.5TiO3-xCaTiO3體系陶瓷均形成了單一的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，SrTiO3的引入能夠有效的細(xì)化晶粒，而CaTiO3的引入會促進(jìn)陶瓷體系的燒結(jié)。通過對NBT-xST和NBT-xCT體系材料的介電溫度特性曲線以及電滯回線分析認(rèn)為，NBT材料中的相變過程確實為三方鐵電相—正交反鐵電相—四方順電相相變，通過計算NBT-xCT的低溫介電峰

3、的頻率色散參量和彌散相變參量ΔT1和ΔT2可知，CaTiO3含量的增加會使得材料的弛豫性增強。在0.88Na0.5 Bi0.5TiO3-0.12K0.5Bi0.5TiO3基礎(chǔ)體系中引入了LiNbO3進(jìn)行改性，在材料組成范圍內(nèi)，系列試樣均形成了穩(wěn)定的三方相鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，隨著LiNbO3含量的增加，材料內(nèi)部電疇結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性減弱，材料的矯頑場Ec由4.41KV·mm-1顯著下降至1.51KV·mm-1；LiNbO3的引入對材料的介電性能影響明顯

4、，隨著LiNbO3含量的增加，材料的鐵電-反鐵電相變峰具有明顯的低溫移峰效應(yīng)，而反鐵電-順電相變峰則表現(xiàn)為壓峰效應(yīng)，材料表現(xiàn)出明顯的弛豫特性，分析了鈦酸鉍鈉基無鉛陶瓷在準(zhǔn)同型相界附近結(jié)構(gòu)與性能的相關(guān)性。
　　 選取準(zhǔn)同型相界的0.7Na0.5Bi0.5TiO3-0.2Bi0.5K0.5TiO3-0.1Bi0.5Li0.5TiO3基礎(chǔ)體系和0.852Na0.5Bi0.5TiO3-0.12Bi0.5K0.5TiO3-0.028Bi0

5、.5Li0.5TiO3基礎(chǔ)體系，與BiFeO3組成四元固溶陶瓷材料，在實驗范圍內(nèi)，BiFeO3的引入不會改變基礎(chǔ)材料體系的相結(jié)構(gòu)，其固溶會使的材料易于燒結(jié)，晶粒尺寸的增大；結(jié)合氧空位、晶粒尺寸及Bi促進(jìn)強壓電性作用NBT-KBT-BT-xBF體系材料的介電常數(shù)εr減小、電滯回線逐漸飽和；而NBT-KBT-LBT-xBF體系材料的εr及壓電常數(shù)d33先增大后減小，當(dāng)x=0.05mol％時，d33最大為84pC/N，εr=3178.5，Tm