论文答辩NBT-BT-KBT基无铅压电陶瓷掺杂改性研究.ppt

论文答辩 论文题目：NBT-BT-KBT基无铅压电陶瓷掺 杂改性研究 专 业： 材料科学与工程 作 者： 王阳 指导老师：杜慧玲 2. 本论文选题及研究意义 无铅压电陶瓷是指不含铅的压电陶瓷，其更深层次的含义则是指既具有满意的使用性能又有良好环境友好特性的压电陶瓷材料。NBT具有铁电性强、压电性能佳、声学性能好等许多优异的特性。它的烧结温度属于中温，比较容易获得好的陶瓷烧结体。然而，室温下钛酸铋钠陶瓷的矫顽场很高，极化极为困难，物理化学性质稳定性差，陶瓷致密性欠佳，陶瓷烧成温度范围比较窄。因此单纯的NBT陶瓷较难实用化。以钛酸铋钠为基体，向其中加入另一种或两种物质，从而得到二元或三元体系，所得的钙钛矿结构固溶体中A位或B位离子被取代，从而对其结构产生影响，可在较大幅度上改善陶瓷的性能。 近年来，基于NBT-KBT-BT的三元系固溶体，不仅性能在NBT基二元系基础上得到改善，且退极化温度Td也有所提高，某些组分的Td达到200℃以上，成为无铅压电陶瓷研究的一个热点。此外，其压电性能在NBT基二元系的基础上得到了进一步的提高，称为实用化无铅压电陶瓷的候选材料之一。但是NBT-KBT-BT三元体系的退极化温度偏低，不宜与器件化工艺相适应；且其压电性能与铅基压电陶瓷相比，仍有较大差距；掺杂改性是提高NBT-KBT-BT三元系陶瓷性能的重要手段，但目前研究尚不深入。 为改善NBT-KBT-BT的压电性能，提高其温度稳定性，人们开展了一些掺杂改性研究。Choy等发现，Li的加入，提高了四方相的对称性，NBT-KBT-BT陶瓷的Td从约1000℃提高到1400℃。不过，Li的加入虽然提高了tanδ和Qm，但降低了εr及d33，没有明显提高陶瓷的性能。王晓颖研究了Co2O3、MnCO3、CuO等掺杂对NBT-KBT-BT陶瓷性能的影响，表明过渡金属氧化物，除MnCO3掺杂使Kp略有上升外，均使tanδ、εr和d33都有所下降。 由于NBT-KBT-BT三元体系的复杂性，掺杂机制难以确定，国内外学者对其掺杂方面的研究还不多，只停留在几种稀有元素的掺杂。为了进一步探索NBT-KBT-BT体系的压电性能和退极化行为的变化规律，本实验采用在NBT-KBT-BT体系中组成在MPB处性能较优的0.88NBT-0.08KBT-0.04BT体系进行掺杂研究，CeO2的掺杂量分别为0,0.4,0.8,1.0wt%。通过改变各种成分的加入量，制得不同配比的固溶体，并对陶瓷的各项性能进行检测分析，得出材料的性能优化理论与有效途径，从而获得高性能的无铅压电陶瓷。 3.NBT基无铅压电陶瓷制备工艺 4.实验结果分析讨论 4.1 XRD分析 4.2 SEM分析 4.3电滞回线的测试与分析 四组样品的剩余极化强度和矫顽场 4.4 四个样品在120℃下的介电损耗和介电常数与频率的关系对比曲线 4.5 温度对介电常数和介电损耗的影响分析 选取1KHz条件下，把几组样品的介电常数和介电损耗随温度的变化曲线放置到一 起 4.6 NBT陶瓷样品的极化与压电性能测试 四组样品压电常数 4.7 介电弛豫特性研究 样品在1KHz下的Tm、εm和α值 结 论 本实验采用传统电子陶瓷制备工艺——固相合成法，在性能优化的 NBT-BT-KBT准同型相界组成点引入CeO2，将配方定为 0.88NBT-0.08KBT-0.04BT+xCeO2(x=0,0.4,0.8,1.0wt%),并成功制取4钟样品，然后对样品进行结构和性能测试，分析x取值不同对陶瓷性能的影响。综合以上实验结果分析，得出如下结论： （1）XRD分析表明，四组样品都形成了钙钛矿单相结构，这说明Ce4+取代不会改变NBT的晶格类型。另外，随着Ce4+含量的增加，样品出现从三方-四方相共存的准同型相界向四方相转变的规律。 （2）SEM分析表明，CeO2的掺杂将在一定程度上改善了NBT的烧结特性，在实验取代浓度范围内随着CeO2掺杂量的增加，材料的烧结温度略微降低。此外，四组样品晶粒大多呈现多面体形状，晶粒尺寸均匀，晶界清晰可见，晶粒间结合较为致密。CeO2掺杂将在一定程度上具有细化晶粒的作用。 （3）实验所制得的陶瓷材料均具有弛豫铁电体特性。在低频下，当CeO2掺杂量较少时，介电常数会显著增加。 （4）在NBT-BT-KBT材料中掺杂CeO2，特别在掺杂量为0.08时，可有效地改善钛酸铋钠系列压电陶瓷材料难以极化的缺点，显著降低其矫顽场，使其在56Kv/cm的电场下就达到饱和极化。这对于钛酸