铋层状高温压电陶瓷

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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，
术包括模板晶粒生长法、溶盐合成Baidu Nhomakorabea、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
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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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
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
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
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
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；
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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
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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
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
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