论文部分内容阅读
随着工业和科学技术的迅速发展,开发具有优异性能的高Curie点压电陶瓷材料满足不同环境使用要求已成为当务之急。Bi3TiNbO9陶瓷材料因较好的高温特性而备受关注。论文以Bi3TiNbO9为陶瓷体系通过掺杂改性和流延技术(TGG)以期获得Tc高、压电性能好、损耗低的陶瓷材料。具体研究工作如下:
(1)采用固相法制备Bi3TiNbO9+xwt%Bi2O3(x=0,1,3,5,7和10)陶,研究Bi2O3掺量对陶瓷物相、显微形貌及其压电、介电性能的影响。低熔点Bi2O3过量可降低烧结温度;随着氧化铋含量增加体系Pr和Ec呈现下降趋势,这可能是由于Bi2O3过量补充了其高温挥发,抑制氧空位产生,同时晶格畸变减小,击穿强度增大而引起的电学性能变化,x=3%,体系压电性能最佳。
(2)将Bi3TiTaO9按不同百分比(y=0,1,3,5和7mol%)固溶于Bi3TiNbO9(x=3%Bi2O3)材料体系,y≤3%时,体系为纯的BNTO相,当y值进一步增加,产生第二相,固溶度约为3%;随着y值增加,Pr和Ec呈现先增大后减小的变化趋势,y=3%时,压电性能达到最佳。
(3)采用熔盐法制备片状Bi3TiNbO9模板,模板显微形貌与合成温度、保时间密切相关。最佳合成工艺:在900℃预烧,保温8h,晶粒径向尺寸L≈3.89~5.33μm, t≈0.11~0.20, L/t≈19~47。
(4)通过TGG织构制备技术研究不同模板含量和不同织构方向对Bi3TiNb-O9显微形貌和电学性能的影响。相对固相法制备,采用织构技术制备得到的陶瓷样品致密度明显增加,同时织构陶瓷随着模板含量增加体系致密度呈下降趋势。随着模板含量增加,压电、介电性能呈现先增大后减小变化规律,织构度呈现相同变化规律,这可能是由于适量模板加入,促进晶体沿着c轴取向生长,导致该方向上电学性能提升。不同织构方向陶瓷材料取向度差异较大,垂直于(001)方向的平面c轴取向生长,平行于(001)方向平面其主要衍射峰为(200)/(020),c轴取向性很弱,电性能较差,x=5%时,垂直于(001)方向平面织构制备的样品剩余极化强度Pr最大,电阻率、击穿强度高,压电性能最佳,d33=5.2 pC/N。