氧化铜掺杂钛酸钡无铅压电陶瓷的制备

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2. 问题与发展
1. PZT的制备原料中有大量的含铅氧化物,在生 产使用和废弃后处理的过程中都会对环境带 来严重影响 。 2. 所以,发展环境友好型无铅压电陶瓷是一项 重要的研究课题。 BaTIO基陶瓷材料是一类 重要的无铅压电陶瓷。 3. 通常制备的BaTIO基陶瓷材料压电活性太低， 需要改进。
结果分析<1>
由图可知，在XRD图谱中没有发现第二 相，BaTiO3衍射峰比照标准PDF沿2-theta增大 方向略有偏移。 CuO在BaTiO3中有两种存在可能:一种情 况是Cu2+进入了晶格,另一种是CuO作为第二相 在晶界处析出。对于本实验BTO一Cu0.01 陶 瓷,CuO的掺杂量较小。
结果分析<2>
SX2-4-13 GZX-9146 MBBE JA3003J JA3003J TD-3500
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压电性能测试仪
PG-1
实验d值
4.039 2.849 2.327 2.015 1.802 1.644
标准d值
实验a值 标准a值
4.04
2.85 2.328 2.016 1.803 1.644
4.03 4.03 4.029 4.027
4.039 4.029
4.04 4.031 4.032 4.032 4.032 4.027
由于实验仪器测试精度的限制, XRD中未 检测出CuO的存在，不能确定Cu2+是否进入了 晶格以及是否存在游离的CuO。 从表中可以看出，随着CuO掺杂量增加, 晶格常数a值、d值均变小。原因是CuO进入 BaTiO3晶格内,形成固溶体,晶 胞体积减小。
4. 介电性能<1>
介电性能<2>
介电性能<3>
2. 收缩率-温度图
结果分析
陶瓷收缩率随温度的增加而增加。 随着烧结温度的升高，陶瓷颗粒滑移增 多，逐渐填充大的气孔，引起晶界的滑移。陶 瓷气孔率降低逐渐致密，体积减小，收缩率不 断增大。从而说明氧化铜可以降低烧结温度， 起到了作为一种助烧剂的作用
3.XRD图
实验a值平均值：4.031 标准a值平均值：4.032
氧化铜掺杂钛酸钡无铅压电陶瓷的制备
实 验 者： 所 属 系 所: 材料学院 无机非金属材料工程专业 指 导 教 师:
第一章
1.
压电材料简介
压电材料应用
压电材料是实现机械能与电能相互转换的 一类功能材料,在谐振器，滤波器，驱动器， 传感器，超声换能器等各种电子元器件方面有 着广泛的应用。目前实用化的压电材料中,广 泛使用的是锆钛酸铅(Pb(Zr,Ti)03,简称PZT) 基陶瓷材料 。
d33实验值17.0pC/N
结果分析
本实验所测介电性能普遍偏小，原因可以 归因于相变温度To一T较大幅度的降低和CuO在 晶界处的析出。尽管还需要进一步的详细研究 ,不过可以确认的是相变温度To一T的降低是与 晶格结构的变化密切相关的。另外,晶界处的 CuO第二相可能会对电畴产生钉扎效应,阻碍电 畴转向,从而导致电畴对外加的电信号或应力 信号的响应不敏感.此外，,其较高的密度和均 匀的晶粒尺寸分布可能起了重要作用。
5.结论
1. 随着温度的不断升高，陶瓷各性能变化 趋势各不相同，在1080℃时，相对密度达到最 大值99.40%，之后不断下降。收缩率与温度变 化趋势相反。 2. 随着频率对数不断增加，陶瓷介电常数 不断减小，介电损耗在0时达到最小值0.01323， 之后不断增加。
第四章
实验后感想
该实验不但提升了我们的实验动手能力， 丰富了对先进陶瓷相关知识的了解，还加深了 对科学实验的认识，促进了理论与实践的结合。 是对以往专业知识的检验，也为日后的实验工 作打下基础。但实验中也暴露出一些问题：对 专业知识掌握不足，科学实验态度不够严谨， 仪器操作知识需要加强，实验过程操作不规范， 理论难以转化成实践等等。尽管如此，此次实 验仍很成功，同学与老师都付出了很大的努 力！！
第二章
实验
本实验向钛酸钡粉体中掺杂1%氧化铜，利用 通常生产电子陶瓷的工艺制备了BaTIO3陶瓷， 并对其收缩率，相对密度，介电性能进行测试。
1.实验内容
造粒→成型→排胶→烧结→ 极化
性能测试： 收缩率 相对密度 d33 介电损耗 介电常数
2.实验仪器、试剂
药品名称 钛酸钡 分子式 BaTiO3 纯度 BT-150 生产厂家 上海典杨实业有限 公司
氧化铜
来自百度文库聚乙烯醇 无水乙醇
CuO
--C2H5OH
分析纯
聚合度1750 分析纯
沈阳市新西试剂厂
天津大茂化试剂厂 天津市大茂化学试 剂厂 上海正银电子材料 有限公司
银浆
Ag
浓度73.2%
所用仪器
实验仪器 仪器型号 仪器厂家
台式粉末压片机
箱式电阻炉 真空干燥箱 电子天平 密度天平 XRD衍射仪
FYD-40-A
致谢
谢谢观赏！！
ZJ-4AN
上海金相机械设备有限公司
中国科学院声学研究所
第三章

结果与讨论
1.相对密度-温度图
结果分析
烧结的样品相对密度基本保持不变 ，密 度值均已接近理论密度，且在1080℃基本相同。 这表明，1%CuO掺杂后的陶瓷样品均已烧结成 瓷，与传统烧结温度相比（1350℃-1450℃） 烧结温度有所下降。在BaTiO3陶瓷中CuO起到 了提高陶瓷致密度和降低烧结温度的作用。