文档介绍：Preparation and electrical propertiesof barium titanate based ceramics Major: Materials Science and Engineering Direction of Study:Information Functional ceramics Graduate Student:Zheng shaoying Supervisor: Prof. Fang Liang﹠Prof. Liu laijun College of Materials Science and Engineering Guilin University of Technology September,2011 to April,2014 万方数据万方数据 I 摘要钙钛矿无铅压电材料由于其同时具有介电性、铁电性、压电性等众多耦合性质,在现代科学技术中得到十分广泛的应用,是当前国际研究的热点智能材料之一。然而,钛酸钡陶瓷电学性能比较低,不适于实际应用。因此,本论文通过掺杂改性和缺陷补偿有望进一步提高BT和BNT陶瓷的电学性能。钙钛矿钛酸钡基BaTiO 3(BT)和钛酸铋钠基Bi 3(BNT)无铅压电陶瓷是具有非常独特晶体结构的电子信息材料。实验均采用传统固相合成法,制备了以下体系: (1-x)BaTiO 3-x( 3- 3)(BCZT)、(1-)BaTiO 3- 3- 3 (BCST);(1-x)BaTiO 3-xBiAlO 3(BT-BiA)、 3-(-x)BiAlO 3-xCaTiO 3(BT-BiA-CT) 和[(Bi ) 1-xYb x]TiO 3(BNT-Y1)、[(Bi ) 1-xYb x]Ti 1-x/4(? Ti) x/4O 3(BNT-Y2)以及(Bi )(Ti 1-xYb x)O 3-δ(BNT-Y3)无铅压电陶瓷。本论文通过研究不同的掺杂量,如 ZrO 2、La 2O 3、SnO 2、Al 2O 3、Bi 2O 3以及CaCO 3,得到了BT基陶瓷的结构与电性能之间的关系,以及掺杂量Yb 2O 3与BNT基陶瓷的结构与性能之间的关系。陶瓷样品通过XRD和Raman结构分析,以及介电性能、铁电性能分析,结果表明: (1) 掺杂量x=,BCZT陶瓷具有优异的介电,铁电以及压电性能, 其中,压电系数d 33=420 pC/N,机电耦合系数k p=57%,机械品质因数Q m=120。(2) ,,,其中 x= g=,是电导激活能的2倍。BLZT陶瓷的介电常数和介电损耗在升温和降温的循环过程均出现了不同的介电异常峰。(3) 掺杂量x=,BT-BiA陶瓷在高于居里温度部分的介电常数服从Vogel-Fulcher定律,通过定律拟合发现弛豫弥散性是逐渐增大,而且陶瓷是从正常的铁电体逐渐转变为弛豫铁电体。室温下,掺杂量x=,样品的电致伸缩系数Q值明显大于铅基陶瓷的电致伸缩系数,热膨胀dl/l和热膨胀系数(α)随着温度的升高而不断增加。BT-BiA-CT陶瓷的居里温度随着掺杂量的不断增加而逐渐增加。(4) Yb 2O 3掺杂的BNT陶瓷获得了比较饱满的电滞回线,以及比较对称的“蝴蝶”状的电致伸缩曲线。其中BNT-Y2陶瓷的剩余极化强度P r达到了35μC/cm 2,而掺杂量 x=,样品的矫顽场成功的减少到了20kV/cm;BNT-Y1和BNT-%。随着温度的不断增加,BNT-Y1,BNT-Y2和BNT-Y3 陶瓷均出现了明显的反铁电现象。其中BNT-Y1,BNT-Y2到BNT-Y3陶瓷,出现反铁电现象的温度是逐渐降低。通过讨论不同位置的Yb 3+离子掺杂BNT陶瓷,证实BNT-Y2 陶瓷中,Yb 3+离子存在A离子位置,并且出现了Ti 4+离子空位;BNT-Y3陶瓷中,Yb 3+ 离子存在B离子位置,并且出现了氧空位。关键词:钙钛矿,钛酸钡基,钛酸铋钠基,压电性能,铁电性能万方数据 II Abstract Piezoelectric materials due toits dielectric, ferroelectric, piezoelectric and many other coupling properties ar