(Ba0.95Ca0.05)(Ti0.94Sn0.06)O3无铅压电陶瓷的模板籽晶定向织构和电学性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:milkchewy
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
铅基材料在目前使用的压电材料中占据主要地位,但是铅基材料的使用会带来一系列严重的环境问题,使得研究和开发无铅压电陶瓷材料成为一项迫切的、具有重大社会和经济价值的课题。BaTiO3(BT)基无铅压电陶瓷是最有潜力取代铅基陶瓷的体系之一。然而BaTiO3(BT)基压电陶瓷的电学性能远低于铅基陶瓷。如果对BaTiO3(BT)基陶瓷材料进行宏观结构的设计与加工,则可以获得具有类似单晶优势方向压电性能的织构陶瓷材料,从而提高该材料的综合电学性能。首先采用传统固相法制备普通无取向陶瓷,为织构组分体系的选取提供依据。本论文选取Ca、Sn共掺杂的(Ba0.95Ca0.05)(Ti0.94Sn0.06)O3(BCTS)陶瓷组分作为基础体系,在陶瓷中掺杂不同摩尔比例的助烧剂CuO,探索了CuO对BCTS陶瓷的结构和电学性能的影响规律。结果表明,CuO的加入使得BCTS陶瓷的烧结温度显著降低,同时使得致密度提升。当CuO掺杂量为0.50 mol%时,BCTS普通陶瓷具有优化的电学性能:压电系数d33为516 pC/N;平面机电耦合系数kp为0.42;机械品质因素Qm为352。1 kHz下介电常数εr为7639,介电损耗tanδ为0.007;最大应变量Sm为0.10%,d33*为996 pC/N。其电畴结构中鱼骨状畴壁数量下降,畴结构更加简单化。虽然CuO的掺杂可以较大幅度地改善BCTS陶瓷的电学性能,但使得其相变温度大幅度降低了近40℃,其最优组分陶瓷的居里温度仅为53℃。其次,采用熔盐法并通过优化制备参数度合成了片状的、(00l)取向的、具有铋层状结构的BaBi4Ti4O15前驱体。采用局部化学微晶转化法并通过优化制备工艺成功地实现了从BaBi4Ti4O15前驱体到Ba TiO3目标产物的转化,得到了具有纯钙钛矿相的、各项异性的、(h00)取向的BaTiO3模板。模板大小为5-10μm,厚度约为500 nm,具有非对称的片状形貌,符合BCTS陶瓷织构对模板的要求。最后,以片状BaTiO3为模板并利用模板晶粒生长法制备了[001]c织构度为69.8%的BCTS织构陶瓷。与普通无取向陶瓷相比,其相转变温度TR-O较普通陶瓷仅向高温方向移动移动了15℃,居里温度Tc仅向低温方向移动了23℃,为68℃。在压电性能方面,织构陶瓷的压电系数d33为395 pC/N;平面机电耦合系数kp为0.39;机械品质因素Qm为150,1kHz下介电常数εr为4453,介电损耗tanδ为0.018,明显优于普通无取向BCTS陶瓷样品的电学性能(d33=307 pC/N,kp=0.29,Qm=134,,介电常数εr=3073(1kHz),tanδ=0.026)。铁电性能方面,织构陶瓷的Pr=6.27μC/cm2,Ec=1.46 kV/cm,优于普通无取向陶瓷的铁电性能(Pr=4.92μC/cm2,Ec=2.59 kV/cm)。同时,织构陶瓷最大应变量Sm为0.24%,远远高于普通陶瓷的0.10%。该工作为进一步制备[001]c织构度高于90%的BCTS无铅压电陶瓷从而大幅度提高该体系的电学性能奠定了坚实的基础。
其他文献
无线电通讯技术系统中尤其在GHz范围里面的低介电常数和低损耗材料已经引起了人们越来越多的关注。一种新型的有机-无机复合多孔材料引起人们的广泛兴趣,因此本文对有机-无机
本文由四部分组成:第一部分为引言,第二部分为课题的理论基础,第三部分为本文的主要内容—基于磁耦合原理的矩形波导-微带过渡转换电路的设计与分析,第四部分为基于磁耦合原
整流电路是电力电子电路中出现最早的一种的电路,它可将交流电变为直流电,是电源的重要组成部分,应用十分广泛。在机械制造工业和冶金工业,供电电源的要求越来越高,它们不仅要求电
本文以对称理论为基本工具,主要研究了一些非线性微分方程的近似相似约化和同伦近似相似约化。   第一章回顾了对称理论、摄动理论与同伦分析法的理论背景和发展状况,本文
学位