(ba0.89pb0.1ca0.01)(ti1xzrx)o3基壓電陶瓷的合成與性能研究

1、密級(jí)桂林電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文題目題目(Ba0.89Pb0.1Ca0.01)(Ti1xZrx)O3基壓電陶瓷的合成與性能研究（英文）（英文）StudyonSynthesisPropertiesof(Ba0.89Pb0.1Ca0.01)(Ti1xZrx)O3BasedPiezoelectricCeramics研究生學(xué)號(hào):122101517研究生姓名:劉勇指導(dǎo)教師姓名、職務(wù)指導(dǎo)教師姓名、職務(wù):劉心宇教授申請(qǐng)學(xué)位門類:工學(xué)碩士學(xué)科、?？?、專

2、業(yè):材料學(xué)提交論文日期:2015年4月論文答辯日期:2015年6月摘要I摘要目前，鋯鈦酸鋇鈣（BCTZ）陶瓷作為一種新型的二元系BT基陶瓷材料，在準(zhǔn)同型相界MPB附近顯示出很高的壓電性能，其壓電常數(shù)d33能夠達(dá)到600pCN，可與鉛基壓電陶瓷材料相媲美。然而，BCTZ壓電陶瓷的居里溫度低，溫度穩(wěn)定性差，這使得陶瓷的工作溫區(qū)相當(dāng)狹窄，限制了其在室溫下廣泛的應(yīng)用。為了提高BCTZ壓電陶瓷的居里溫度以及降低其燒結(jié)溫度，本文采用了BCTZ陶瓷與

3、高居里溫度PbTiO3(PT)陶瓷復(fù)合形成固溶體，利用固相合成法制備了(Ba0.89Pb0.1Ca0.01)(Ti1xZrx)O3(BPCTZx)低鉛壓電陶瓷。然后，通過對(duì)(Ba0.89Pb0.1Ca0.01)(Ti0.99Zr0.01)O3(BPCTZ0.01)壓電陶瓷進(jìn)行摻雜改性，一方面降低BPCTZ0.01陶瓷的燒結(jié)溫度；另一方面提高BPCTZ0.01陶瓷的居里溫度以及壓電性能，為獲得具有良好應(yīng)用性能的壓電陶瓷提供候選材料。其主要

4、研究結(jié)果如下：1.研究了ZrTi含量比值的微調(diào)對(duì)BPCTZx低鉛壓電陶瓷各項(xiàng)性能的影響。研究討論了系數(shù)x在0.01～0.06之間的6個(gè)取值所引起的BPCTZx壓電陶瓷性能的變化趨勢。Zr元素含量對(duì)陶瓷材料的居里溫度和壓電常數(shù)這兩者變化影響顯著，具體的表現(xiàn)如下：(1)隨著Zr含量的增加，樣品的居里溫度Tc向低溫區(qū)移動(dòng)，在x=0.01時(shí)取得最大值Tc=166℃；(2)壓電常數(shù)d33隨著Zr含量的增加先增加后減少，在x=0.05時(shí)達(dá)到最大值d

5、33=188pCN。該體系中BPCTZ0.01陶瓷具有最高的Tc，其電性能：d33=115pCN，kp=28.9%，Qm=168，εr=1052，tanδ=1.7%，Pr=11.88μCcm2，Ec=6.74kVcm。2.研究了不同燒結(jié)溫度對(duì)BPCTZ0.01陶瓷相結(jié)構(gòu)、顯微形貌以及電學(xué)性能方面的影響。研究結(jié)果表明：隨著燒結(jié)溫度的提高，BPCTZ0.01陶瓷的晶粒逐漸長大，致密度提高，當(dāng)燒結(jié)溫度為1300℃時(shí)，陶瓷的晶粒大小均勻，致密化

6、程度高。壓電常數(shù)d33隨著燒結(jié)溫度的提高先增大后減少，最大值d33=115pCN在燒結(jié)溫度1300℃燒結(jié)4h取得，機(jī)電耦合系數(shù)kp也在此溫度下達(dá)到最大值28.9%。介電常數(shù)εr卻隨著燒結(jié)溫度的提高反而一直降低，介電損耗tanδ在燒結(jié)溫度1300℃處取得最小值1.7%。從陶瓷介電，壓電性能的研究結(jié)果可以確定1300℃為BPCTZ0.01陶瓷燒結(jié)的最佳溫度。3.系統(tǒng)研究了BiFeO3(BF)對(duì)BPCTZ0.01壓電陶瓷的相結(jié)構(gòu)、顯微形貌以及

7、電學(xué)性能方面的影響。添加適量的BF，有助于提高BPCTZ0.01陶瓷的居里溫度Tc，當(dāng)BF的添加量為x=0.004時(shí)，Tc=178℃，從而拓寬了BPCTZ0.01陶瓷的工作溫區(qū)。當(dāng)BF的添加量為x=0.002時(shí)，該體系陶瓷表現(xiàn)出最優(yōu)的綜合電性能：d33=144pCN，kp=24.2%，εr=1041，tanδ=1.62%，Qm=184，Pr=11.82μCcm2，Ec=7.51kVcm。4.系統(tǒng)研究了BiYbO3(BY)對(duì)BPCTZ0.