BiZn05Ti05O3—BaTiO3陶瓷的结构、介电和铁电性能

分析自然表面、晶粒大小及分匆，结晶 情况以及样品能谱成分组成分
准静态电滞回线仪(RT6000HVA) 用于描绘样品电滞回线，测定其铁电性 能
宽频LCR数字电桥
在一定的电压和频率条件下，测定试样 的刘 电海阻燕、介电常数、介电损耗
样品制成
进配以行料Bi配2。O料3分，；别Z以n使OB用，aC无TOiO水3，2为乙T原醇iO料为2为，介料按质料照湿，化磨按学2h照到.35进）干行O粉3 。BZT原料粉在850℃～900℃空气中保温3h预烧，研磨后得 到具有复合钙钛矿相的BZT粉末；BT原料粉在1180℃～ 1200℃空气中保温3h预烧，研磨得到具有钙钛矿相的BT粉末 。 再以预烧得到的BZT、BT粉末为原料，按化学式(1-x)BZTxBT (x=0.00，0.01，0.10，0.50，0.99，1.00)进行配料，经过 同样的湿磨过程后干压成型，成型片厚度1mm，直径10mm 。成型片在1150℃～1200℃空气中保温3h烧结，得到致密的 压电陶瓷片。
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表1 压电陶瓷材料的应用
信号源 压电音片等用作精密仪器中的时间和频率标准信号源
信号转换 拾音器，送话器，扬声器，蜂鸣器等声频范围的电声器件 超声切割，焊接，清洗，搅拌，乳化和及超声显示等频率高 于20kHz的超声器件
信号处理 通讯广播中所用各种分立滤波器和复合滤波器，雷达，自控 和计算机系统所用带通滤波器，脉冲滤波器等
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BaTiO3晶体的结构主要有：有六方相、 立方相和四方相等。如图为立方体 BaTiO3结构 。
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压压电电陶陶瓷的瓷性的能主主要有要：性介电能性和铁电性等
介电性能是指在电场作用下,表现出对静电能的储蓄和损 耗的性质，通常用介电常数和介质损耗来表示.材料应用 高频技术时，如实木复合地板采用高频热压时介电性能是 非常重要的性质。
准确称量所需配料的量
南京大学仪器厂生产的QM-SB型 用来对配料进行一次和二次球磨 行星式球磨机
天津市科器高科技公司769YP- 用于陶瓷式样的成型 40C 粉体压片机
日本理学株式会社D/Max-rA型X 确定原料试样的成分相态，从而确定是
射线衍射仪
否形成主晶相并分析稀土元素在晶格中
的替换位置
日本日立公司S-2500型SEM
分子量 197.31 79.87 81.39
466
纯度(％)
产地
99
天津碳酸钡厂
98
天津化学试剂厂
99
西安鼎天化工厂
99.999 武汉银河化工有限公司
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制备工艺
配配料
球 球磨
烘
造造粒
料
磨
干
粒
性性能能测
烧烧成
成成型
试测试
成
型
陈陈腐 腐
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实验主要仪器与分析内容
仪器名称
用途
AYl20型电子天平
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实本文验采内用容固相烧结合成法制备BT系统陶瓷
，以Bi(Zn0.5Ti0.5)O3—BaTiO3陶瓷系统为研 究对象，通过SEM、XRD等实验手段对其 结构进行分析，研究陶瓷制备过程中烧结 温度和烧结时间对结构演化的影响，并研 究其介电性能和铁电性能。
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实验原料
化学式 BaCO3 TiO2 ZnO Bi2O3
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压电陶瓷的合成方法
压电陶瓷的主要采用固相烧结合成法
在单纯固体间进行的烧结称为固相烧结。 固相烧结按其组元多少可分为单元系固相烧结和多元系固相
烧结两类。 单元系固相烧结纯金属、固定成分的化合物或均匀固溶体的
松装粉末或压坯在熔点以下温度(一般为绝对熔点温度的2/3 一4/5)进行的粉末烧结。 多元系固相烧结合成法是两种组元以上的粉末体系在其中低 熔组元的熔点以下温度进行的粉末烧结。
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压电陶瓷的晶体结构
钛酸钡是属于典型的钙钛矿型晶体结构，其 通式为ABO3。其中A代表二价金属离子，B 代表四价金属离子。理想情况下，Ti4+原子处 在由8个氧原子构成的八面体空隙的正中心陶 瓷是许许多多极其微小晶体构成的集合体。
陶瓷材料的性质与其晶相的性质紧密相关， 因此，需要了解BaTiO3的晶体的结构和性质 。
课题意义
目前在压电陶瓷领域，锆钛酸铅(Pb(Zr,Ti)O3（简称PZT）基 陶瓷是在基础研究和实用化方面都最为成功的一类材料。但 在PZT基陶瓷中含有大量的氧化铅(约占原料总量的70％)， 它们在制备、使用和后处理过中，都会给环境和人类健康带 来很大的损害。因此无铅陶瓷的发展变得十分重要。
无铅压电陶瓷(更广义称为环境协调性压电陶瓷)的直接含 义是不含铅的压电陶瓷，其更深层含义是指既具有满意的使 用性又有良好的环境协调性的一类新型功能陶瓷材料。它要 求材料体系本身不含对生态环境可能造成损害的物质(特别 是铅)，并且在制备、使用、废弃处理过程中不产生对环境 可能有害的物质，以及制备工艺应具有耗能少、对环境污染 小等良好的环境协调性。
压电陶瓷除了具有介电性能外，还具有铁电性能。铁电性 能是指材料不仅在外电场不存在时，在某温度范围内具有 自发极化，而且自发极化矢量的取向能随外电场的改变而 改变方向的性质。
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压压电电陶陶瓷材瓷料的是实应现机用械能和电能相互转换的功
能材料，在电、磁、声、光、热、力等功能器件 中发挥着重要的作用，具有广阔的应用前景。关 于压电、铁电材料的广泛应用，是从上个世纪四 十年代中期开始的。自此以后六十多年来，其产 品品种层出不穷，特别是近二十年，随着近代科 学技术的飞跃发展，压电材料的应用也得到迅猛 的发展。其应用范围如表1。
声表面波信号放大器以及振荡器，衰减器，隔离器等
传感与计测 工业和航空技术上测定振动体或飞行器工作状态的加速度计 度计，压力计流量计和液面计等
监视领空，检测大气污染浓度，非接触式测温以及热成像热 电探测，跟踪器等
激光稳频补偿元件，显示加工设备及光角度、光程长控制器 其他 非线性元件，压电计电器等
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Bi(Zn0.5Ti0.5)O3—BaTiO3陶 瓷的结构、介电和铁电性能
班 级：材料工程 801 姓 名：王 刚 库 指导老师：云 斯 宁
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研近究年来背，景由于建筑工业的发展和人们对装
饰、装修要求的多样化，国内外建筑卫生 陶瓷工业发张十分迅猛。
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压电陶瓷发展现状
压电陶瓷作为一种新材料，近十几年来得到了迅速的发展。 尽管70年代末到80年代中期，发达国家为应付可能产生的能 源危机，在世界上掀起了一股研制陶瓷发动机而出现的“陶 瓷热”，使很多的企业卷入了这一行列，但是由于陶瓷材料 的制造成本，可靠性，重复性等问题，未能实现预定的目标 ，到如年代初开始降温。但这些研究成果使陶瓷材料的性能 提高到一个崭新的水平，制备工艺技术取得了很大的进步， 大大地加速了结构陶瓷实用化进程，只是市场没有像预期的 增长那么快罢了。功能陶瓷由于电子、信息、通信事业的发 展，仍稳步地增长，大约每年以10％的增长率发展。