鈦酸鋇基陶瓷的制備、微結(jié)構(gòu)與壓電物性.pdf

1、壓電材料是一種可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械能和電能相互轉(zhuǎn)化的功能材料，被廣泛應(yīng)用于制造傳感器、制動(dòng)器、超聲換能器等電子元器件。其中，BaTiO3壓電陶瓷是最早被發(fā)現(xiàn)極化后具有壓電性的多晶材料，在壓電性能更加優(yōu)異的鋯鈦酸鉛(Pb(Zr，Ti)O3，PZT)材料出現(xiàn)之前曾得到廣泛的應(yīng)用。長(zhǎng)期以來，BaTiO3基陶瓷被認(rèn)為有相對(duì)較低的d33值(190 pC/N)。然而，近年國(guó)內(nèi)外研究者相繼制備出了d33值可與PZT相比擬的BaTiO3陶瓷及其改性的壓電陶瓷材

2、料，這些研究結(jié)果表明BaTiO3基陶瓷材料具有很大的發(fā)展前景。
　　BaTiO3基陶瓷的商業(yè)化生產(chǎn)通常采取低成本的固相反應(yīng)制備方法。原料的選擇是制備陶瓷的基礎(chǔ)，不同的原料以及原料的不同處理方式對(duì)其制備得到的陶瓷微粉的均勻性和顆粒大小影響較大，進(jìn)而影響其制備的BaTiO3基陶瓷的微觀組織結(jié)構(gòu)和壓電性能。本論文開展了關(guān)于不同的原料及原料的不同處理方式對(duì)BaTiO3基陶瓷的制備及壓電物性的影響的研究。主要結(jié)果如下:
　　(1)研究

3、了兩種不同TiO2原料對(duì)BaTiO3陶瓷壓電物性的影響。實(shí)驗(yàn)中分別采用兩種不同型號(hào)的TiO2微粉（即TiO2-01微粉和TiO2-07微粉）為原料，當(dāng)燒結(jié)溫度為1220℃時(shí)分別獲得較高壓電性能的BaTiO3陶瓷樣品，d33值分別為404pC/N和414 pC/N。另外，考察了BaTiO3陶瓷的晶粒尺寸效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)兩種TiO2原料制備的BaTiO3陶瓷變化規(guī)律一致，當(dāng)晶粒尺寸大于1μm時(shí)隨著晶粒尺寸的增大壓電系數(shù)d33值越來越小。兩種BaT

4、iO3陶瓷樣品的相變點(diǎn)的變化趨勢(shì)也相同，當(dāng)晶粒尺寸增大時(shí)正交四方相變點(diǎn)降低，居里溫度升高。研究結(jié)果表明，TiO2-01制備的BaTiO3陶瓷相對(duì)更加致密，介電損耗相對(duì)較小，重復(fù)性較好。
　　(2)研究了原料預(yù)處理對(duì)BaTiO3壓電陶瓷物性的影響。分別對(duì)BaCO3微粉和TiO2微粉進(jìn)行不同時(shí)間的預(yù)處理制備BaTiO3陶瓷，考察了其壓電性能、介電性質(zhì)、鐵電性能、微觀結(jié)構(gòu)等物理性質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，配料前對(duì)BaCO3原料實(shí)施球磨預(yù)處理可明顯地

5、降低棒狀顆粒的尺寸，從而可獲得顆粒度細(xì)化的BaTiO3陶瓷微粉，進(jìn)而制備致密度更高、晶粒尺寸更小而壓電性能更高的BaTiO3陶瓷材料。BaCO3微粉原料通常由尺寸較大的棒狀顆粒所組成，由于這些棒狀顆粒在一次球磨過程中不容易粉碎，從而對(duì)經(jīng)預(yù)燒、二次球磨所得到的BaTiO3陶瓷微粉的化學(xué)組分的均勻性和顆粒度產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響后序燒結(jié)得到的BaTiO3陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)和壓電性能。利用同樣的BaCO3微粉原料，未經(jīng)球磨預(yù)處理所制備的BaTiO3陶

6、瓷的壓電系數(shù)d33最高值為410 pC/N，而實(shí)施合適的球磨預(yù)處理制備的BaTiO3陶瓷的壓電系數(shù)d33最高值可達(dá)470 pC/N。但是，原料TiO2-01預(yù)處理制備得到的BaZiO3陶瓷的壓電性能并不理想，d33值僅能達(dá)到190 pC/N，電滯回線也出現(xiàn)了收縮現(xiàn)象。
　　(3)研究了不同TiO2微粉原料和BaCO3球磨預(yù)處理對(duì)BCZT陶瓷壓電物性的影響。研究發(fā)現(xiàn)，配料前對(duì)BaCO3原料實(shí)施球磨預(yù)處理可使BCZT陶瓷微粉顆粒大小更