BNT基无铅压电陶瓷研究分析.ppt

本科毕业论文答辩 稀土掺杂新型BNT基无铅压电陶瓷的制备及电学性能的研究 汇 报 人: 王ХХХ（2011级材料物理） 湖北大学材料科学与工程学院 2015－5－14 01 03 02 研究背景 实验部分-删 结果分析-删 论文总结 3 2 1 目录 介电体 压电体 热释电体 铁电体 PZT/BT/BNT 传统的铁电压电陶瓷以铅基压电陶瓷为主，铅基压电陶瓷中的PbO含量约占原料总量的70% ，在生产、使用和废弃后的处理过程中给人类及生态环境带来严重危害，而无铅化处理成本高----无铅化 应用：在信息存储记忆、压电换能、电声换能、红外探测和摄像、光调制器、超声成像传感器及电容器、放大器、相移器等微波器件诸多领域有广泛应用 铁电体:具有介电性、压电效应、热释电效应、铁电效应、非线性光学和良好声学性能等特性 一、研究背景 应用 无铅压电陶瓷 压电性起源研究; 材料配方设计、相变研究和新相界设计; 掺杂对陶瓷性能的影响及其机制; 材料性能增强机理及其调控方法; 介电损耗机制和提高材料机械品质因素的途径; 能满足不同器件应用的系列化材料( 类似于PZT系列中分别适用不同器件的系列化材料) 的研究与开发; 不同外部条件( 压力/频率/温度) 下陶瓷材料性能的变化及其机制; 陶瓷的温度稳定性、老化特性及其机制; 针对无铅压电陶瓷材料特性和性能参数的器件设计与制备; 针对特殊器件用无铅压电陶瓷性能的改性研究; 陶瓷新型制备技术及工艺的稳定性和环境协调性研究. 系统化研究 钛酸钡（BT）基无铅压电陶瓷 钛酸铋钠（BNT）基无铅压电陶瓷 铌酸钾钠（KNN）基无铅压电陶瓷 铋层状结构无铅压电陶瓷 钨青铜结构无铅压电陶瓷 主要体系 高Pr=38μC/cm2 高Tc=320℃ 声学性能（Np=3200Hz.m)好 机电耦合系数（Kt、K33）大 烧结温度低 高EC=7.3KV/mm，难极化 铁电区电导率高，I漏大 （Bi、Na）烧结温度窄 化学稳定性和致密度欠佳 d33100pC/N，活性低 BNT BNT结构与性能 BNT:A位离子复合钙钛矿结构铁电体 A位 Bi3+:Na+=1:1 BNT结构和位移极化行为 BNT基无铅压电陶瓷研究进展 BNT基陶瓷相变结构与弛豫特性研究 BNT基无铅压电陶瓷的改性研究 研究进展 1.BNT基陶瓷相变结构与弛豫特性研究 弥散相变 钛酸铋钠(BNT)具有较为复杂的相变过程 520℃ 立方顺电相-四方铁弹相变 立方顺电相-四方超顺电相变 220℃：铁电-反铁电相变 320℃：反铁电-顺电相变 220-320℃是否存在反铁电相？ 争议： 改性方法 1.多元固溶改性 4.制备工艺 3.添加助剂 2.掺杂改性 研究居所 2.BNT基无铅压电陶瓷的改性研究 BNT基固溶体系研究 B N T 二元固溶体系 BNT-BiAO3(A代表Fe、Mn、Sc等) BNT-Ba(ZrTi)O3(简称BNT-BZT) BNT-ANbO3(A代表Na、K、Li) BNT-ATiO3(A代表Ba、Sr、Ca、Bi0.5K0.5等) BNT三元系固溶体 如BNT-BKT-BT BNT四元系固溶体 如BNT-BKT-BT-NN 二元系中BNT-BT、BNT-BKT因其性能优异，广泛深入研究 掺杂改性 配方、MPB设计 2.掺杂/取代改性 思路：借助基PZT基陶瓷的等价掺杂和不等价掺杂（“软性掺杂”和“硬性掺杂”）的经验。 等价取代：用Ca2+、 Sr2+、 Ba2+ 、Bi0.5K0.5等二价离子取代Bi0.5Na0.5使BNT的ε↑ 、KP ↑， d↑ ，从而提高BNT的电学性能 BNT 掺杂 改性 软性取代：高价离子取代----矫顽场强EC ↓，电滞 回线为矩形（瘦高） ε↑， KP ↑， tgδ↑， Qm ↓ , 不等价取代 抗老化性↑， ρV↑