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1、中圖分類號：TM282論文編號：102870615-S087學(xué)科分類號：080503碩士學(xué)位論文BNT基無鉛壓電陶瓷的制備及其性能研究研究生姓名張雅婷學(xué)科、專業(yè)材料加工工程研究方向無鉛壓電陶瓷指導(dǎo)教師楊穎教授南京航空航天大學(xué)研究生院材料科學(xué)與技術(shù)學(xué)院二О一五年三月INanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMaterialScienceandTechnologyStudyonFabricationandproper
2、tiesofBNTBasedLead-freePiezoelectricCeramicsAThesisinMaterialsProcessingEngineeringbyYatingZhangAdvisedbyProf.YingYangSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015II承諾書本人聲明所呈交的碩士學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特別加以
3、標注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得南京航空航天大學(xué)或其他教育機構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。本人授權(quán)南京航空航天大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本承諾書）作者簽名：日期：IIIBNT基無鉛壓電陶瓷的制備及其性能研究摘要長期以來，鋯鈦酸鉛基壓電陶瓷以其優(yōu)異的壓電性能占據(jù)了傳感器和致動器絕大部分的市場份額。但由于鉛基壓電陶瓷在制備過程中會產(chǎn)生嚴重的鉛污染，對人類健康
4、也有嚴重的危害。因此，研究開發(fā)環(huán)境友好型無鉛壓電材料成為迫在眉睫的任務(wù)。鈦酸鉍鈉基無鉛壓電陶瓷是目前研究較為廣泛的無鉛壓電材料之一。與鋯鈦酸鉛系壓電陶瓷相比，鈦酸鉍鈉基無鉛壓電陶瓷具有較強的鐵電性和較高的居里溫度，但也存在著介電常數(shù)和壓電性能較低，矯頑場較大等不足。針對這些問題，本論文以鈦酸鉍鈉基無鉛壓電陶瓷為研究對象，從燒結(jié)工藝、摻雜改性、成分設(shè)計等方面對材料的相結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能進行了系統(tǒng)的研究。采用傳統(tǒng)固相反應(yīng)法成功制備出0.94Bi0.5Na0.5TiO3-0.06BaTiO3無鉛壓電陶瓷，研究了燒結(jié)溫度對其
5、相結(jié)構(gòu)、微觀結(jié)構(gòu)和電性能的影響。結(jié)果表明，該體系是弛豫鐵電體，隨著燒結(jié)溫度的升高，彌散指數(shù)?分別為1.696、1.787、1.897、1.965，當燒結(jié)溫度為1100℃時，陶瓷的體積3密度和相對密度達到最大值，分別為5.99g/cm和98.4%，具有良好的綜合電性能：d33=180pC/N，2Pr=38.7μC/cm，Ec=37kV/cm，kp=0.331，Qm=135，tanδ=0.026。研究了不同成分和溫度對(1-x)(0.94Bi0.5Na0.5TiO3-0.06BaTiO3)-xLiNbO3(0≤x≤0
6、.06)陶瓷場致應(yīng)變性能的影響。結(jié)果表明：LiNbO3的摻入能夠有效地提高材料的應(yīng)變性能。當x=0.025時，*由于鐵電-弛豫轉(zhuǎn)變溫度TF-R降到了室溫，應(yīng)變值達到最大值0.6%，等效壓電常數(shù)d33=857pm/V，*此外，當x=0.02時，在室溫也得到了高的應(yīng)變值0.55%，即d33=785pm/V，同時壓電常數(shù)也達到最大值d33=245pC/N。溫度的變化也能夠顯著地改變材料的應(yīng)變性能，對于x=0.01和x=0.02，*當溫度從室溫升高到TF-R附近時，等效壓電常數(shù)d33分別從344pm/V、617pm/V增
7、加到912pm/V、836pm/V，對于x=0.04和x=0.05，由于它們的鐵電-弛豫轉(zhuǎn)變溫度TF-R降到了室溫以下，應(yīng)變4-2值幾乎不隨溫度而變化，出現(xiàn)了電致伸縮現(xiàn)象，電致伸縮系數(shù)Q33基本保持在0.02mC。采用傳統(tǒng)固相法成功制備了單一鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的0.96(Bi0.5Na0.5)TiO3-(0.04-x)BaTiO3-xLiNbO3(0≤x≤0.04)無鉛壓電陶瓷，研究了該體系的相結(jié)構(gòu)、致密度以及電性能。結(jié)果表明，陶瓷的相對密度均高達97%以上，致密性良好，隨著x值的增加，陶瓷的弛豫性先減小后增大，彌散指數(shù)
8、?分別為1.907、1.844、1.746、1.593、1.708，當0.02≤x≤0.03時，存在三方相和四方相共存的準2同型相界區(qū)域，陶瓷樣品在x=0.03時展現(xiàn)出最佳的綜合性能：d33=124pC/N，Pr=37.9μC/cm，2Ps=43μC/cm，Ec=47kV/cm，εr=694，tanδ=0.045。關(guān)鍵詞：無鉛壓電陶瓷，鈦酸鉍鈉，摻雜改性，燒結(jié)溫度，弛豫鐵
