铋层状高温压电陶瓷
文献笔记
1.高温铋层状压电陶瓷Na0.5Bi4.5Ti4O15改性研究通过元素取代改性和工艺改性,可以提高材料的压电性能。
元素取代改性包括同价元素取代改性和添加物改性。
同价元素取代改性就是利用一些与目标离子同价并且半径也相近的离子加入到压电陶瓷屮,使其来代替并占据一部分目标离子(正离子)的位置,形成代位式压电陶瓷。
为了找出性能更优良的材料,有时候也会同时加入两种或两种以上的元素来取代目标离子,即复合取代,这样可以保留两种元素的优点并且部分地克服了单一元素取代时带来的缺点。
添加物改性通常是指将与原来晶格中离子的化合价不同的元素添加到压电陶瓷中,以达到调节陶瓷性能的改性目的。
通常是按照配方总重量的百分比将添加物以金属氧化物的形式加入到压电陶瓷中。
添加物的不同,起到的改性效果也不同。
例如,有的起到的效果是提高弹性柔顺常数、降低机械品质因数、提高介电常数、增大介电损耗、提高平面机电耦合系数、降低矫顽场、提高电阻率等,即陶瓷变得比以前要“软”了,相应的添加物称为软性添加物。
与之相对应的是硬性添加物,使得陶瓷往“硬”的方面转化,结果是介电损耗降低、矫顽场增高、机械品质因数提高、平面机电耦合系数有所降低、电阻率变小等。
工艺改性包括热处理技术包括热压烧结、热锻法等和基于粉体制备的晶粒定向技术包括模板晶粒生长法、溶盐合成法、多层品粒生长技术、定向凝固法。
一般来说,干压成型的陶瓷样品中难免会有气孔的存在,再加上粘合剂在烧结时需要排出气体也在一定程度上增加了气孔的数量,这些都在一定程度上影响了陶瓷的致密性。
要减小或消除气孔带来的影响,有效的措施是在外加压力下进行烧结,即所谓的热压烧结。
该方法有以下优点:提高材料的密度,控制晶粒增长,有利于颗粒之间的接触和扩散效应从而显著降低烧成温度,不用粘合剂以减少陶瓷中的气孔,可以实现晶粒的择优取向。
热锻法是将样品先经过一段时间的普通烧结后,在样品上加上单轴压力,并且保持一段时间。
压电陶瓷的制造过程包括配料、混合、预烧、粉碎、成型、排塑、烧结、被电极、极化、测试。
铋层状结构压电陶瓷结构、性能及导电机理的研究的开题报告
铋层状结构压电陶瓷结构、性能及导电机理的研究的开题报告1. 研究背景与意义铋层状结构压电陶瓷是一种新兴的压电材料,具有优良的压电性能和良好的热稳定性,已广泛应用于传感器、压力开关、压电齿轮等领域。
然而,铋层状结构压电陶瓷的导电机理和微观结构特征尚未有系统性的研究,限制了其进一步的应用和发展。
因此,深入研究铋层状结构压电陶瓷的结构、性能及导电机理,对促进其应用和发展具有重要意义。
2. 研究目的本研究的主要目的是探究铋层状结构压电陶瓷的微观结构特征、压电性能和导电机理,为其进一步优化和应用提供科学依据。
具体包括以下几个方面:- 确定铋层状结构压电陶瓷的晶体结构、晶须形态和表面特征;- 分析不同结构参数对铋层状结构压电陶瓷的压电性能的影响;- 探究铋层状结构压电陶瓷的导电机理,分析电导率与微观结构的关系。
3. 研究内容及方法本研究拟通过以下几个方面展开:(1) 采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜等设备对铋层状结构压电陶瓷的微观结构进行分析。
(2) 研究不同结构参数(晶向、厚度等)对铋层状结构压电陶瓷的压电性能的影响,利用阻抗分析仪等设备测试其压电特性。
(3) 探究铋层状结构压电陶瓷的导电机理,对其电学性能进行测试,利用场发射扫描电子显微镜等设备观察其导电方式和机理。
4. 预期研究结果本研究预期通过深入研究铋层状结构压电陶瓷的微观结构、压电性能和导电机理,达到以下预期结果:(1) 揭示铋层状结构压电陶瓷的微观结构、晶格特征和表面形貌;(2) 探究不同结构参数对其压电性能的影响,包括极化率、压电常数、介电常数等;(3) 分析铋层状结构压电陶瓷的导电机理,包括导电方式、载流子类型等。
预期研究结果将为铋层状结构压电陶瓷的优化和应用提供科学依据。
[工学]铋层状压电陶瓷的性能
铋层状结构化合物中许多具有铁电性,如Bi4Ti3O12、Sr2Bi4Ti4O15、(Na0.5Bi0.5)Bi4Ti4O15、Bi3TiNbO9、Bi2WO6等,这类铁电压电陶瓷具有下列特点:1.介电常数(ε)低(127~154),自发极化强,居里温度高(T C>500℃),机械品质因数Q m高(2000~7200),矫顽场高。
因此,可用于制作高温高频和超声技术领域器件的压电材料;介电损耗低,厚度振动的机电耦合系数k t较小,故可用于高频窄带滤波器;压电性能稳定、谐振频率的时间和温度稳定性好,这一特点适合用于制作高温能量转换领域的器件。
这一大体系是一类适合在高温场合下器件应用的压电陶瓷材料,是最具有开发应用前景的无铅压电陶瓷体系之一。
2.这类陶瓷具有居里温度(T C)高(>500℃),机电耦合系数各向异性明显,机械品质因数(Q m)高(2000~7200),老化特性好,电阻率高,介电击穿强度大等特征,适合于制作高温、高频工作条件下的压电元器件。
3.介电常数低、自发极化强(如Bi4Ti3O12的自发极化强度约为50μC/cm2)、居里温度高、压电性能和介电性能各向异性大、电阻率高、老化率低、谐振频率的时间和温度稳定性好、机械品质因数较高和易烧结等。
因此,铋层状结构压电陶瓷在滤波器、能量转换及高温、高频领域有广泛的应用前景。
但铋层状结构压电陶瓷明显的缺点是压电活性低,矫顽场高4.低的介电常数、高居里温度、机电耦合系数各向异性明显、低老化率、高电阻率、大的介电击穿强度、低烧结温度,然而这类陶瓷有两个缺点:一是压电活性低, 这是陶瓷应用的致命弱点,也是研究的难点和热点,这是由于晶体结构特性决定其自发极化转向受二维限制所致;二是Ec 不高,不利于极化,应用在陶瓷显示器中铁电发射性能就差,这通常可通过高温极化来提高Ec。
5.由于秘层状结构材料具有很多优越的性能,例如低介电常数、高居里温度、机电藕合系数各向异性明显、低老化率、高电阻率、高的介电击穿强度、低烧结温度等引起了人们广泛的关注。
铋层状高温压电陶瓷
文献阅读
铋层状结构化合物是由(Bi2O2)2 +层和二维的钙钛矿层 (Am - 1Bm O3m+1)2 -循环 交替排列而成。其化学通式:(Bi2O2)2 +(Am - 1Bm O3m+1)2 -
m一般为l-5的整数,是指相邻两(Bi2O2)2 +层间钙钛矿层的层数。m的值与 铁电的正交结构有关。m为奇偶时结构也不同,主要原因是为了达到晶体结构 应变能的最小化。研究表明m也可以为小数,即当铋层状结构化合物是不同层 数铋层状结构化合物产生共生时。
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铋层状结构化合物是一类重要的无铅压电材料,它具有以下特点:介电击穿强度 大、居里温度高、烧结温度低、电阻率高、介电常数与介电损耗低、老化率低、机 械品质因数高、厚度机电耦合系数较小、机电耦合系数各向异性明显、压电性能稳 定、谐振频率的时间和温度稳定性好等。鉴于以上原因,铋层状结构陶瓷材料在滤 波器、能量转换器、高温和高频领域有着广泛的应用前景。与传统的PZT材料相比较, 铋层状结构铁电体有两个缺点,一是压电活性低;二是矫顽场大,难以极化。这主 要是由于铋层状结构晶体的对称性较低,自发极化受二维结构限制且只能在面内转 动。除此之外,陶瓷的化学计量比受高温下氧化铋挥发的影响,从而导致材料内产 生大量氧空位,使材料介电、压电等性能降低。
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压电陶瓷主要性能参数如下。 弹性性质:弹性常数C和S; 介电性质:介电常数ε﹑介电损耗 tanδ 和居里温度Tc; 机电性质:机械品质因数Qm﹑机电耦合系数k和频率常数N; 压电性质:压电常数d33; 铁电性质:饱和极化强度PSA、剩余极化强度Pr和矫顽场Ec 以及电导率σ﹑频率常数N﹑老化性能和温度性能有关的常数。
通过掺杂改性和工艺改性,可以提高材料的压电性能。对于铋层状结构材 料的掺杂改性主要为A位、B位掺杂,以及A、B位同时掺杂改性。
铋层状结构压电陶瓷及敏感元件高温特性研究
( io ea c ,n .S a g a 2 0 3 ) S n e rmis Ic. h n h i 0 2 3
Ab t a t h h r ce si r p r e f b s t a e .t c u e i o l crc c r mis a d t e r s l fmo i e s r c :T e c a a tr t p o e t s o imu h l y rsr t r d D e e tl e a c n h e u t o d f d i c i u s i c a c r ie T o v r b e o el we iz ee t c a t i , eh g —e e a u e p p riso me mo i e r e mi sa eg v n o s l e t p o lm ft o r e o lcr ci t t i h t mp r t r r e t f o d f d he h p i v yh o e s i c r mi s wi e a c t CBT c mp st n s se we e su id h s a'h r s l i d c t a e p r me e s o h d c h o o i o y t m r t d e .T e r e l u t n i ae t t t a a tr f t e m0 谪 d i e c e s h h c r m c , u h a iz ee t c a t iy Cu e t mp r t r , e it i th g — mp a u e h v ∞ n g a l mp o e .0 ea i s s c sp e o lc r c i t, r e e au e r s s v t a i h t i v i i y e e tr, a eb r rt y i rv d ci e s hg e a 0 i h rt n 8 0℃ . 3 1 r e h 8x 0 。 N a d r ssi iya 0 ℃ h d 1 ag rt a l 1 。 C/ n z n e it t t5 0 v
铋层状结构压电陶瓷及敏感元件高温特性研究
第5期 电子元件与材料 Vol.21 No.52002年5月 ELECTRONIC COMPONENTS & MATERIALS May. 2002 铋层状结构压电陶瓷及敏感元件高温特性研究李承恩,李 毅,周家光(上海联能科技有限公司,上海 200233) 摘要:介绍了铋层状结构压电陶瓷的特点和改性试验所获得的一些结果。
针对压电活性低,采取A 位复合置换方式对CBT (CaBi 4Ti 4O 15)基材料进行改性研究,特别研究了改性后材料的高温特性,结果表明,改性材料的压电性能、居里温度、高温电阻率等参数有大的改善,θC 达800℃以上,d 33达18 pC/N 以上,在500℃时体电阻率大于106Ω·cm ,高温敏感元件在430℃连续保温170 h ,绝缘电阻大于1.5 M Ω。
关键词:压电陶瓷;铋层状结构;高温特性;敏感元件 中图分类号:TN304.9文献标识码:A文章编号:1001-2028(2002)05-0011-03Investigation on High Temperature Properties for Bismuth Layer- structured Piezoelectric Ceramics and the Sensors of the CeramicsLI Cheng-en, LI Yi, ZHOU Jia-guang(Sinoceramics, Inc., Shanghai 200233) Abstract : The characteristic properties of bismuth layer-structured piezoelectric ceramics and the results of modified ceramics are given. To solve the problem of the lower piezoelectric activity, the high-temperature properties of some modified ceramics with CBT composition system were studied. The research results indicate that the parameters of the modified ceramics, such as piezoelectric activity, Curie temperature, resistivity at high-temperature, have been greatly improved. θC is higher than 800℃, d 33 larger than 18×10-12C/N, and resistivity at 500℃ larger than 106Ω·cm. The insulation resistance of some sensors made from these modified ceramics are more than 1.5 M Ω when aged for 170 hours at 430℃.Key words : piezoelectric ceramic; bismuth layer-structure; high-temperature properties; sensors高温压电陶瓷材料被广泛应用于航空、航天、核能、发电等众多重要的科研和工业部门,其应用特点之一是这些压电元件须长期处于高温状态下工作,因此这些压电元件各参数的温度特性成为重要的、甚至是首要的特性。
铋层 叠层 高温 压电
铋层叠层高温压电铋层叠层高温压电材料是一种新型的压电材料,它具有优异的高温压电性能,被广泛应用于传感器、执行器、能量采集和转换等领域。
本文将从铋层叠层高温压电材料的特性、制备方法、应用及前景等方面进行介绍。
铋层叠层高温压电材料的特性主要表现在其高温下仍具有较高的压电响应和压电系数。
在高温环境下,传统的压电材料往往会失去压电效应,而铋层叠层高温压电材料能够保持压电特性的稳定性和可靠性。
这使得该材料在高温环境下具有重要的应用价值。
制备铋层叠层高温压电材料的方法有多种,其中一种常用的方法是烧结法。
首先,将铋粉经过球磨处理,使其颗粒尺寸均匀细小。
然后,在特定的温度和压力条件下,将铋粉进行烧结,使其形成致密的结构。
最后,通过切割和堆叠等工艺,制备出铋层叠层高温压电材料。
铋层叠层高温压电材料在各个领域具有广泛的应用前景。
首先,在传感器领域,铋层叠层高温压电材料可以作为高温压力传感器的敏感元件,用于测量高温环境下的压力变化。
其次,在执行器领域,铋层叠层高温压电材料可以作为高温压电致动器的驱动元件,用于实现高温环境下的精密控制。
此外,铋层叠层高温压电材料还可以用于能量采集和转换领域,通过应变能转换为电能,实现能量的收集和利用。
然而,铋层叠层高温压电材料在应用过程中还存在一些挑战和问题。
首先,由于铋层叠层高温压电材料的制备工艺较为复杂,生产成本较高,限制了其大规模应用。
其次,在高温环境下,铋层叠层高温压电材料容易发生晶格热膨胀不匹配等问题,导致材料的性能下降。
因此,需要进一步研究和改进制备工艺,提高材料的性能和稳定性。
铋层叠层高温压电材料具有独特的特性和广泛的应用前景。
通过合适的制备方法,可以制备出高性能的铋层叠层高温压电材料。
随着科技的不断进步和应用需求的增加,铋层叠层高温压电材料在传感器、执行器、能量采集和转换等领域的应用将会得到进一步的拓展和推广。
相信在不久的将来,铋层叠层高温压电材料将成为压电材料领域的重要研究方向和应用方向。
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铋层状结构铁电体有两个缺点,一是压电活性低;二是矫顽场大,难以极化。这主
要是由于铋层状结构晶体的对称性较低,自发极化受二维结构限制且只能在面内转 动。除此之外,陶瓷的化学计量比受高温下氧化铋挥发的影响,从而导致材料内产
生大量氧空位,使材料介电、压电等性能降低。
一般来说居里温度随取代离子半径的增大而降低,随取代离子电负性的升高而增 加。
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铋层状结构化合物是一类重要的无铅压电材料,它具有以下特点:介电击穿强度 大、居里温度高、烧结温度低、电阻率高、介电常数与介电损耗低、老化率低、机
械品质因数高、厚度机电耦合系数较小、机电耦合系数各向异性明显、压电性能稳
定、谐振频率的时间和温度稳定性好等。鉴于以上原因,铋层状结构陶瓷材料在滤 波器、能量转换器、高温和高频领域有着广泛的应用前景。与传统的PZT材料相比较,
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汇报人: xx 指导老师:yy老师 王bb老师 沈ee老师 时间: 2016.10.29
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近期查阅了功能陶瓷相关的书籍,阅读了有关铋层状
高温压电陶瓷的论文和期刊,并做了笔记,加深了对铋层
状压电陶瓷的理解,同时也巩固了相关电学知识。
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文献目录: 1.高温铋层状压电陶瓷Na0.5Bi4.5Ti4O15改性研究 2.高温铋层状结构Na0.5Bi4.5Ti4O15压电陶瓷研究 3.铋层状压电陶瓷的结构与电性能研究 4.高温铋层状结构SrBi4Ti4O15压电陶瓷的性能及温度稳性研究 5.铋层状无铅压电陶瓷的研究进展 6.高温铋层状结构压电陶瓷的电学性能研究 7.髙温铋层状无铅压电陶瓷Na0.5Bi4.5Ti4O15的结构与性能研究 8.三大无铅压电陶瓷体系的最新研究进展
压电性质:压电常数d33; 铁电性质:饱和极化强度PSA、剩余极化强度Pr和矫顽场Ec 以及电导率ζ﹑频率常数N﹑老化性能和温度性能有关的常数。
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铋层状结构压电陶瓷的压电性能:与传统钙钛矿型压电陶瓷相比, 铋层状结构压电陶瓷的压电性能较低,一个原因是铋层状陶瓷的二 维结构限制了本身自发极化的旋转,而钙钛矿型材料三维都容许其 自发极化的旋转,从而铋层状陶瓷的晶粒对称性较差,难以通过极 化得到令人满意的 Pr;另一个原因是加大极化电场时铋层状陶瓷电
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目前,无铅压电陶瓷主要分为以下几个系列:含铋层状结构陶瓷、铌酸盐系列陶 瓷和钛酸盐系列陶瓷。 含铋层类结构化合物:
目前无铅超高温压电陶瓷的研究多集中于Na0.5Bi4.5Ti4O15,CaBi4Ti4O15,Bi4Ti3O12
等少数超高温压电陶瓷材料上。
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铋层状结构化合物是由(Bi2O2)2 +层和二维的钙钛矿层 (Am - 1Bm O3m+1)2 -循环 交替排列而成。其化学通式:(Bi2O2)2 +(Am - 1Bm O3m+1)2 m一般为l-5的整数,是指相邻两(Bi2O2)2 +层间钙钛矿层的层数。m的值与 铁电的正交结构有关。m为奇偶时结构也不同,主要原因是为了达到晶体结构 应变能的最小化。研究表明m也可以为小数,即当铋层状结构化合物是不同层
阻率较小,且在高温时,一些铋层状陶瓷己接近于半导体,导致极
化过程不易顺利进行。虽然通过一些特殊工艺方法处理后,陶瓷能
具有较高的d33,可成本耗费大。
后续目标
多读文献,对文献内容仔细阅读,多做笔记,了解前人
Байду номын сангаас
的经验,多向师兄师姐学习,为将来的实验工作做好充分
准备和理论基础。
谢谢
数铋层状结构化合物产生共生时。
通过掺杂改性和工艺改性,可以提高材料的压电性能。对于铋层状结构材 料的掺杂改性主要为A位、B位掺杂,以及A、B位同时掺杂改性。
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A位掺杂中,镧系稀土元素是铋层状结构材料中最常用和有效地掺杂元素。对镧系 元素掺杂改性的机理,一般认为是取代了易挥发的Bi,减少了氧空位的产生。 B位改性掺杂主要是通过高价离子如V5+、W5+的掺杂来抑制Bi的挥发,降低铋空位 从而抑制氧空位的产生,减弱畴钉扎,提高剩余极化强度。由于B位离子的离子半径差 异不明显,较容易扩散进入陶瓷晶格中,但随取代量的增加,其晶格常数的变化幅 度远小于A位离子取代改性。 A、B位同时掺杂的主要目的是通过A位掺杂来提高抗疲劳特性,同时适当降低居 里温度,通过B位离子的取代来提高剩余极化强度。 工艺改性包括热处理技术包括热压烧结、热锻法等和基于粉体制备的晶粒定向技
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9.Sr和Nb复合掺杂Bi4Ti3O12基高温压电陶瓷的研究
10.(Li,Na,K)0.5Bi2.5Nb2O9铋层状无铅压电陶瓷的结构与性
能研究 11.铋层状结构无铅压电陶瓷的制备技术与性能研究 12 .Ce掺杂SrBi2Nb2O9系铋层状压电陶瓷的结构与性能研究
14.铋层状结构无铅压电陶瓷的离子取代改性研究 15.LiNbO3和CeO2改性高温铋层状陶瓷Bi4Ti3O12的结构与性能研究 16.复合掺杂铋层状高温压电陶瓷的结构与性能研究
点,迄今仍为经常使用的方法。
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X射线衍射分析:XRD物相分析是基于多晶样品对X射线的衍射效应,对 样品中各组分的存在形式进行分析测定的方法。测定内容包括各组分的结晶 情况、所属晶相、晶体结构、各元素在晶体中的价态及成键状态等。
扫描电镜(SEM)分析:材料的显微结构是决定其物理化学性能及应用效
果的要因素之一。扫描电镜分析是一种用于观察材料表面微细结构的电子显
微技术,对样品进行分析可以直接观察到样品的表面形貌,如晶粒的大小、
形状、均匀程度及气孔等情况。
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压电陶瓷主要性能参数如下。
弹性性质:弹性常数C和S;
介电性质:介电常数ε﹑介电损耗 tanδ 和居里温度Tc;
机电性质:机械品质因数Qm﹑机电耦合系数k和频率常数N;
术包括模板晶粒生长法、溶盐合成法、多层晶粒生长技术、定向凝固法。
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高温固相反应法,即在高温过程中,固体自身热分解、氧化,以及固体与 固体之间反生了化学反应生成新化合物的过程。固相反应法是制备压电陶瓷 的传统工艺,缺点是如能耗大、效率低、粉体不够细、易混入杂质等,但该
法制备的粉体颗粒无团聚、填充性好、成本低、产量大、制备工艺简单等优