BNT基无铅压电陶瓷研究

1、本科毕业论文答辩本科毕业论文答辩稀土掺杂新型稀土掺杂新型BNT基无铅压电陶瓷的制备及电学性能的研究基无铅压电陶瓷的制备及电学性能的研究 汇汇 报报 人人: : 王王（2011级材料物理）级材料物理）湖北大学材料科学与工程学院湖北大学材料科学与工程学院2015514010302研究背景研究背景实验部分实验部分- -删删结果分析结果分析- -删删论文总结论文总结321目录目录介电体压电体热释电体铁电体PZT/BT/BNT一、研究背景一、研究背景v 应用应用无铅压电陶瓷无铅压电陶瓷压电性起源研究压电性起源研究; ;材料配方设计材料配方设计、相变研究和新相界设计、相变研究和新相界设计; ;掺杂对陶瓷性

2、能的影响及其机制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介电损耗机制和提高材料机械品质因素的途径的途径; ;能满足不同器件应用的系列化材料能满足不同器件应用的系列化材料( ( 类类似于似于PZTPZT系列中分别适用不同器件的系列系列中分别适用不同器件的系列化材料化材料) ) 的研究与开发的研究与开发; ;不同外部条件不同外部条件( ( 压力压力/ /频率频率/ /温度温度) ) 下陶下陶瓷材料性能的变化及其机制瓷材料性能的变化及其机制; ;陶瓷的温度稳定性、老化特性及其机制陶瓷的温度稳定性、老化特性及其机

3、制; ;针对无铅压电陶瓷材料特性和性能参数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针对特殊器件用无铅压电陶瓷性能的改性研究性研究; ;陶瓷新型制备技术及工艺的稳定性和环陶瓷新型制备技术及工艺的稳定性和环境协调性研究境协调性研究. .系统化研究系统化研究 钛酸钡（钛酸钡（BT）基无铅压电陶）基无铅压电陶瓷瓷 钛酸铋钠（钛酸铋钠（BNT）基无铅压）基无铅压电陶瓷电陶瓷 铌酸钾钠铌酸钾钠（KNN）基无铅压）基无铅压电陶瓷电陶瓷 铋层状结构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钨青铜结构无铅压电陶瓷主要体系主要体系高

4、高Pr=38C/cm2高高Tc=320声学性能声学性能（Np=3200Hz.m)Np=3200Hz.m)好好机电耦合系数（机电耦合系数（Kt、K33）大）大烧结温度低烧结温度低高高EC=7.3KV/mm，难极化，难极化铁电区电导率铁电区电导率高，高，I漏漏大大（Bi、Na）烧结温度窄）烧结温度窄化学稳定性和致密度欠佳化学稳定性和致密度欠佳d33100pC/N，活性低，活性低BNTv BNT结构与性能结构与性能BNT:ABNT:A位离子复合钙钛矿结构铁电体位离子复合钙钛矿结构铁电体 A位位 Bi3+:Na+=1:1BNT结构和位移极化行为结构和位移极化行为v BNT基无铅压电陶瓷研究进展基无铅压

5、电陶瓷研究进展BNT基陶瓷相变结构与弛豫特性研究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基陶瓷相变结构与弛豫特性研究弥散相变弥散相变u 钛酸铋钠钛酸铋钠(BNT)(BNT)具有较为复杂的相变过程具有较为复杂的相变过程520520立方顺电相立方顺电相- -四方铁弹相变四方铁弹相变立方顺电相立方顺电相- -四方超顺电相变四方超顺电相变220220：铁电铁电- -反铁电相变反铁电相变320320：反铁电反铁电- -顺电相变顺电相变220-320220-320是否存在是否存在反铁电反铁电相？相？争议：争议：改改性性

6、方方法法2.BNT基无铅压电陶瓷的改性研究基无铅压电陶瓷的改性研究固固溶溶改改性性研研究究重重点点多多元元固固溶溶体体系系 1.1.多元固溶改性多元固溶改性准同型相界准同型相界MPB：由于成分不同，在温度-成分相图上，随着成分的改变,相也会发生改变，那么分离两种相的边界就称为准同型相界。 在准同型相界（在准同型相界（MPBMPB）附近铁电陶瓷的极化会相对容易和电学性能会明显改善）附近铁电陶瓷的极化会相对容易和电学性能会明显改善BNT基固溶体系研究基固溶体系研究BNT二二元元固固溶溶体体系系 2.2.掺杂掺杂/ /取代改性取代改性思路思路：借助基借助基PZT基陶瓷的等价掺杂和不等价掺杂（基陶瓷的

7、等价掺杂和不等价掺杂（“软性掺杂软性掺杂”和和“硬性掺杂硬性掺杂”）的经验）的经验。等价取代：等价取代：用用CaCa2+2+、 Sr Sr2+2+、 Ba Ba2+2+ 、BiBi0.50.5K K0.50.5等二价离子取代等二价离子取代BiBi0.50.5NaNa0.50.5使使BNTBNT的的 、K KP P ， d d ，从而提高，从而提高BNTBNT的电学性能的电学性能 BNT 掺杂掺杂 改性改性 软性取代软性取代：高价离子取代高价离子取代-矫顽场强矫顽场强EC ，电滞电滞 回线为矩形（瘦高）回线为矩形（瘦高） ， KP ， tg， Qm , 不等价取代不等价取代 抗老化性抗老化性， V 硬性取代硬性取代:低价离子取代低价离子取代- Ec 、 、 KP 、 tg