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/etc/nginx/nginx.conf.铋层状无铅压电陶瓷BaBi_4Ti_4O_(15)的制备与性能的研究--《济南大学》2011年硕士论文
铋层状无铅压电陶瓷BaBi_4Ti_4O_(15)的制备与性能的研究
【摘要】：随着人类环保意识的增强,传统锆钛酸铅类陶瓷因其在生产及使用过程中给人类和环境造成的破坏,使得研究和开发无铅压电陶瓷成为一项迫切的、具有重大社会和经济意义的课题。铋层状无铅压电陶瓷因其具有高居里温度,机电耦合系数各向异性大,机械品质因数较高,谐振频率的时间稳定性和温度稳定性较好等特点,被认为是无铅压电陶瓷领域里最有希望的陶瓷材料之一。铋层状结构压电陶瓷其压电性能相对较差,可以通过掺杂改性及热处理等措施提高其性能。
1、根据正交实验结果得到最佳极化条件为:极化温度30°C,极化电压1.5 kV/mm,极化时间为5min。最佳处理工艺:成型压力为100MPa,预处理温度750°C,烧结温度1020°C,铋过量为10wt%。在该工艺条件下BaBi_4Ti_4O_(15)陶瓷样品的压电常数d_(33)=4.4pC/N。
2、Mn、Mg、Sr、La元素在A位取代后的BaBi_4Ti_4O_(15)陶瓷晶体晶粒发育比较均匀,晶粒主要呈现片状结构,孔洞率较低。掺杂后形成的陶瓷样品均已形成层状钙钛矿结构,微量元素的引入对陶瓷的层状结构没有构成破坏,但由于离子半径的差异导致陶瓷粉末XRD特征衍射峰有略微的偏移。当Mn的掺入量x=0.04时,获得最大的相对介电常数ε_r=764.26(1KHz)和较小的介质损耗tanδ=0.KHz),当x=0.06时获得最大的压电常数d_(33)=9.5pC/N。当Mg的掺入量x=0.02时,获得较大的相对介电常数ε_r=228.52(1KHz),当x=0.04时获得最大的压电常数d_(33)=5.5pC/N。当Sr的掺入量x=0.02时,获得较大的相对介电常数ε_r=260.16(1KHz),当x=0.04,0.06时均获得最大的压电常数d_(33)=7.9pC/N。当La的掺杂量x=0.08时,陶瓷的相对介电常数最大ε_r=318.20(1KHz),压电常数最大为d_(33)=9.3pC/N。
3、在复结构陶瓷中均形成了层状结构的钙钛矿相,没有出现焦绿石等其他杂相,晶粒主要以层状为主,且随着引入量得增加,晶粒发育较完善,晶粒间的空隙减小。在(1-X)BaBi_4Ti_4O_(15)-XMnBi_4Ti_4O_(15)系列陶瓷中,当X=0.6时相对介电常数最大为823.16(1KHz),当X=0.4时,介质损耗为0.0066(1KHz),压电常数最大为8.3 pC/N;在(1-X)BaBi_4Ti_4O_(15)-XMgBi_4Ti_4O_(15)系列陶瓷中,当X=0.4时相对介电常数最大为551.88(1KHz),X=0.2时压电常数最大为7.6 pC/N;在(1-X)BaBi_4Ti_4O_(15)-XSrBi_4Ti_4O_(15)系列陶瓷中,当X=0.6时相对介电常数最大为224.28(1KHz),当X=0.2时压电常数最大为7.0 pC/N。
4、通过维氏硬度测试发现:BaBi_4Ti_4O_(15)陶瓷的硬度为2.8GPa,当Mn元素引入量x为0.08时维氏硬度为3.82GPa;当Mg元素引入量x=0.06时,陶瓷的维氏硬度为5.74GPa;当Sr元素引入量为0.06时,陶瓷的维氏硬度最高为2.58GPa,当La元素引入量为0.08时,陶瓷维氏硬度为3.30GPa。对于复结构陶瓷:0.2BaBi_4Ti_4O_(15)-0.8MnBi_4Ti_4O_(15)陶瓷样品的维氏硬度最高为4.03GPa;0.8BaBi_4Ti_4O_(15)-0.2MgBi_4Ti_4O_(15)陶瓷的维氏硬度最高为1.45GP0.8BaBi_4Ti_4O_(15)-0.2SrBi_4Ti_4O_(15)陶瓷样品的维氏硬度最高为4.27GPa。
【关键词】：
【学位授予单位】：济南大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2011【分类号】：TM282【目录】：
ABSTRACT10-12
第一章 绪论12-26
1.1 前言12
1.2 压电陶瓷12-15
1.2.1 压电陶瓷发展历史12-13
1.2.2 压电陶瓷的应用13-15
1.3 无铅铋层状结构压电陶瓷15-25
1.3.1 无铅压电材料15-16
1.3.2 铋层状无铅压电陶瓷16-19
1.3.2.1 铋层状结构压电陶瓷16-17
1.3.2.2 Bi_4Ti_30_(12) 基压电陶瓷17
1.3.2.3 MBi_4Ti_40_(15) 基压电陶瓷17-19
1.3.3 容限因子19
1.3.4 铋层状压电陶瓷的性能19-20
1.3.5 制备方法20-24
1.3.6 铋层状压电陶瓷研究热点24-25
1.4 研究目的意义及内容25-26
第二章 制备工艺及主要仪器26-34
2.1 化学试剂及制备工艺26-30
2.1.1 化学试剂26
2.1.2 制备工艺过程26-30
2.2 仪器设备30
2.3 结构与性能表征30-34
2.3.1 XRD 分析30-31
2.3.2 SEM 分析31
2.3.3 显微硬度测试31-32
2.3.4 电学性能的测试32-34
第三章 BaBi_4Ti_40_(15)陶瓷制备工艺的研究34-40
3.1 差热分析34-35
3.2 凝胶的处理温度35-36
3.3 极化条件的确定36-37
3.4 陶瓷体制备条件的确定37-38
3.5 小结38-40
第四章 微量元素对铋层状无铅压电陶瓷结构与性能的影响40-58
4.1 锰元素对BABI_4TI_40_(15) 陶瓷结构与性能的影响40-45
4.1.1 (Ba_(1-x)Mn_x)Bi_4Ti_40_(15) 的XRD40-41
4.1.2 (Ba_(1-x)Mn_x)Bi_4Ti_40_(15) 陶瓷的SEM41-42
4.1.3 (Ba_(1-x)Mn_x)Bi_4Ti_40_(15) 电学性能42-44
4.1.4 (Ba_(1-x)Mn_x)Bi_4Ti_40_(15) 陶瓷的硬度分析44-45
4.2 镁元素对BABI_4TI_40_(15) 陶瓷的结构与性能影响45-49
4.2.1 (Ba1-xMgx)Bi_4Ti_40_(15) 的XRD45
4.2.2 (Ba1-xMgx)Bi_4Ti_40_(15) 陶瓷的SEM45-46
4.2.3 (Ba1-xMgx)Bi_4Ti_40_(15) 的电学性能46-48
4.2.4 (Ba1-xMgx)Bi_4Ti_40_(15) 陶瓷的硬度分析48-49
4.3 锶元素对BABI_4TI_40_(15) 陶瓷结构与性能的影响49-52
4.3.1 (Ba1-xSrx)Bi_4Ti_40_(15) 的XRD49
4.3.2 (Ba1-xSrx)Bi_4Ti_40_(15) 陶瓷的SEM49-50
4.3.3 (Ba1-xSrx)Bi_4Ti_40_(15) 陶瓷的电学性能50-51
4.3.4 (Ba1-xSrx)Bi_4Ti_40_(15) 陶瓷的硬度分析51-52
4.4 镧元素对BABI_4TI_40_(15) 陶瓷结构与性能的影响52-56
4.4.1 (Ba1-xLa2x/3)Bi_4Ti_40_(15) 的XRD52-53
4.4.2 (Ba1-xLa2x/3)Bi_4Ti_40_(15) 陶瓷的SEM53-54
4.4.3 (Ba1-xLa2x/3)Bi_4Ti_40_(15) 陶瓷的电学性能54-55
4.4.4 (Ba1-xLa2x/3)Bi_4Ti_40_(15) 陶瓷的硬度分析55-56
4.6 小结56-58
第五章 复结构铋层状无铅压电陶瓷的结构与性能改进研究58-72
5.1 (1-X)BABI_4TI_40_(15)-XMNBi_4Ti_40_(15) 陶瓷的结构与性能58-62
5.1.1 (1-X)BaBi_4Ti_40_(15)-XMnBi_4Ti_40_(15) 的XRD58-59
5.1.2 (1-X)BaBi_4Ti_40_(15)-XMnBi_4Ti_40_(15) 陶瓷的SEM59-60
5.1.3 (1-X)BaBi_4Ti_40_(15)-XMnBi_4Ti_40_(15) 陶瓷的电学性能60-61
5.1.4 (1-X)BaBi_4Ti_40_(15)-XMnBi_4Ti_40_(15) 陶瓷的硬度分析61-62
5.2 (1-X)BABI_4TI_40_(15)-XMGBi_4Ti_40_(15) 陶瓷的结构与性能62-66
5.2.1 (1-X)BaBi_4Ti_40_(15)-XMgBi_4Ti_40_(15) 的XRD62-63
5.2.2 (1-X)BaBi_4Ti_40_(15)-XMgBi_4Ti_40_(15) 陶瓷的SEM63-64
5.2.3 (1-X)BaBi_4Ti_40_(15)-XMgBi_4Ti_40_(15) 陶瓷的电学性能64-65
5.2.4 (1-X)BaBi_4Ti_40_(15)-XMgBi_4Ti_40_(15) 陶瓷的硬度分析65-66
5.3 (1-X)BA814T14015-XSR814T14015 陶瓷的结构与性能66-70
5.3.1 (1-X)BaBi_4Ti_40_(15)-XSrBi_4Ti_40_(15) 的XRD66-67
5.3.2 (1-X)BaBi_4Ti_40_(15)-XSrBi_4Ti_40_(15) 陶瓷的SEM67-68
5.3.3 (1-X)BaBi_4Ti_40_(15)-XSrBi_4Ti_40_(15) 陶瓷的电学性能68-69
5.3.4 (1-X)BaBi_4Ti_40_(15)-XSrBi_4Ti_40_(15) 陶瓷的硬度分析69-70
5.4 小结70-72
第六章 结论72-74
参考文献74-80
附录 在校期间发表的学术论文81
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