无铅压电陶瓷的制备【开题报告】

毕业论文开题报告

应用物理

无铅压电陶瓷的制备

一、选题的背景与意义

铁电压电陶瓷作为一种非常有用的功能材料已经深入我们的生活，它在许多的电子产品上有着重要的功能，目前压电陶瓷主要是以锆钛酸铅(PZT)为基通过掺杂制得的，由于PZT中含有污染环境的Pb，所以国际上对电子产品中Pb的含量有着严格的限制，并且PZT在烧结时它的主要成分PbO2（高达60%-70%）会产生严重的挥发，所以在制备的过程中需要密封烧结，不仅增加了成本，也使得产品的性能有所下降．为解决目前压电陶瓷中Pb对环境的污染问题，提高产品的性能，降低生产成本，大力发展无铅铁电压电陶瓷就非常具有现实意义．基于无铅压电陶瓷必定会在未来取代有铅压电陶瓷，所以国家对此项目也十分的支持，无铅压电陶瓷的性能研究和制备技术已得到国家＂十五＂和＂863＂高技术新材料特种功能材料领域的支持。

二、研究的基本内容与拟解决的主要问题

在所有无铅压电陶瓷中，(Bi0.5Na0.5)TiO3是一种有前途的基材料。BNT在室温下具有较强的铁电性，相当大的剩余极化强度Pr=3.8×10-5C/cm2，也具有相对较高的居里温度Tc=320℃，但是它有较高的矫顽场强Ec=73kv/cm,难以极化，并且在去极化温度T d=220℃时会发生退极化，失去压电性，相对PZT它对温度的稳定性也较差，所以，有必要提高BNT的压电性能，并且适当降低它的矫顽电场。由BNT－BT组成的二元系可能具有较低的矫顽电场，使陶瓷极化较容易。并且掺入适当的KNbO3可使晶粒择优定向生长，可获得性能良好的无铅压电陶瓷。

研究的基本内容：

1.本课题主要的研究内容是利用固相法以及分析纯氧化物Bi2O3(99.9%), Na2CO3 (99.8%), BaCO3(99%), TiO2(99%) and K2CO3(99%), Nb2O5(99.5%)制备出三元无铅的Bi0.5Na0.5TiO3-BaTiO3-KNbO3（BNT-BT-KN）陶瓷。

制备所利用的原理：

Bi2O3+NaCO3+TiO3煅烧(Bi1/2Na1/2)TiO3+CO2

BaCO3+TiO3煅烧BaTiO3+CO2

K2CO3+Nb2O5煅烧KNbO3+CO2

2.利用铁电分析仪测试BNBT-KN 陶瓷在不同温度下的电滞回线，以测出它的剩余极化强度Pr ，矫顽场Ec ，它的损耗大小，以及分析它从铁电到反铁电相的转变，并利用Aglient 测试陶瓷的介电性能以及阻抗频谱，从而测试出BNT-BT-KN 陶瓷的压电性能。

在制备BNT-BT-KN 的过程中，会因为制备的条件、制备的工艺和KNbO3百分含量的不同而得到不结构完整的BNT-BT-KN 的晶体从而影响它的压电性能，所以制备出高压电性的压电陶瓷成为此课题拟解决的主要问题。

拟解决的主要问题：

1.抑制Na 、K 离子在制备的过程中的挥发，从而制备出缺陷少的BNT-BT-KN 陶瓷。

2.改变KNbO 3的摩尔百分含量比，从而得到性能最好的BNBT-KN 压电陶瓷。

三、研究的方法与技术路线

本实验以固相烧结法制备出BNBT ，并向BNBT 中掺入浓度为0.01、0.02、0.04、0.08的KNbO 3，以得到性能最好的BNBT-xKN 压电陶瓷。

反应的原理：

850232532o

C K CO Nb O KNbO CO +−−−→+↑

850233230.470.470.0632o C Na CO BaCO Bi O Bi Na Ba TiO CO ++−−−→+↑ 具体的研究方法：

1.以Bi 2O 3(99.9%)，Na 2CO 3(99.8%)，TiO 2(99%), BaCO 3(99%)预合成Bi 0.47Na 0.47Ba 0.06TiO 3 (BNBT)多晶粉体；利用K 2CO 3(99%)，Nb 2O 5(99.5%)预合成KNbO 3(KN)多晶粉体，两种氧化物粉末在纯酒精中球磨，然后烘干，再烧结。将烧结好的BNBT 和KN 粉末按BNBT-x KN （x =0~0.08）化学式配料球磨后干燥，再用5%浓度的PV A 溶液造粒过筛，并且压成直径10 mm ，厚度为1 mm 的圆形薄片，然后再烧结，样品磨平后被银，在烧渗银电极。然后在硅油中极化，在空气中放置24小时后测试其性能。

2.利用阻抗分析仪（Agilent 4294A ）测试它的介电温谱，利用铁电分析仪（RT Premier II ）测试其电滞回线（P-E ），利用中科院声学所的准静态压电测试仪（ZJ-3AN ）测试其压电系数d 33,。

四、研究的总体安排与进度

1、2010年12月17日前，文献综述、文献翻译、

2、2011年01月17日前，制备出BNBT-xKN陶瓷

3、2011年03月15日前，测试BNBT-xKN压电性能

五、主要参考文献

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