鉺摻雜對srcabi4-xerxti5o18壓電陶瓷結(jié)構(gòu)與電性能的影響-材料學(xué)院本科畢業(yè)論(編輯修改稿)
2025-07-10 20:10 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 性 ,如 Bi4Ti3O1 Sr2Bi4Ti4O1()Bi4Ti4O1 Bi3TiNbO Bi2WO6等 ,這類鐵電壓電陶瓷具有下列特點 [811]： (ε )低 (127～ 154),自發(fā)極化強(qiáng) ,居里溫度高 (TC500℃ )，機(jī)械品質(zhì)因數(shù) Qm高 (2021～ 7200),矯頑場高。因此 ,可用于制作高溫高頻和超聲技術(shù)領(lǐng)域器件的壓電材料；介電損耗低 ,厚度振動的機(jī)電耦合系數(shù) kt 較小 ,故可用于高頻窄帶濾波器；壓電性能穩(wěn)定、諧振頻率的時間和溫度穩(wěn)定性好 ,這一特點適合用于制作高溫能量轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的器件 [4]。這一大體系是一類適合在高溫場合下器件應(yīng)用的壓電陶瓷材料 ,是最具有開發(fā)應(yīng)用 前景的無鉛壓電陶瓷體系之一。 (TC)高 (500℃ )，機(jī)電耦合系數(shù)各向異性明顯 ,機(jī)械品質(zhì)因數(shù) (Qm)高 (2021～ 7200),老化特性好 ,電阻率高 ,介電擊穿強(qiáng)度大等特征 ,適合于制作高溫、高頻工作條件下的壓電元器件 [5]。 、自發(fā)極化強(qiáng) (如 Bi4Ti3O12 的自發(fā)極化強(qiáng)度約為 50μ C/cm2)、居里溫度高、壓電性能和介電性能各向異性大、電阻率高、老化率低、諧振頻率的時間和溫度穩(wěn)定性好、機(jī)械品質(zhì)因數(shù)較高和易燒結(jié)等。因此 ,鉍層狀結(jié)構(gòu)壓電陶瓷在濾波器、能量轉(zhuǎn)換及高溫、高頻領(lǐng) 域有廣泛的應(yīng)用前景。但鉍層狀結(jié)構(gòu)壓電陶瓷明顯的缺點是壓電活性低 ,矯頑場高 4. 低的介電常數(shù)、高居里溫度、機(jī)電耦合系數(shù)各向異性明顯、低老化率、高電阻率、大的介電擊穿強(qiáng)度、低燒結(jié)溫度，然而這類陶瓷有兩個缺點：一是壓電活性低 , 這是陶瓷應(yīng)用的致命弱點，也是研究的難點和熱點，這是由于晶體結(jié)構(gòu)聊城大學(xué)本科畢業(yè)論文 5 特性決定其自發(fā)極化轉(zhuǎn)向受二維限制所致；二是 Ec 不高，不利于極化，應(yīng)用在陶瓷顯示器中鐵電發(fā)射性能就差，這通?？赏ㄟ^高溫極化來提高 Ec[12]。 本論文以 SrCaBi4Ti5O18陶瓷為研 究對象，通過摻雜對其進(jìn)行改性研究，希望獲得有應(yīng)用價值的無鉛壓電陶瓷材料。以傳統(tǒng) 固相合成法 制備鉀摻雜的SrCaBi4Ti5O18 無鉛壓電陶瓷，研究 鉺 的含量變化對壓電陶瓷性能的影響。并通過X 射線衍射儀對所獲得的陶瓷樣品進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征，采用掃描電子顯微鏡觀察陶瓷的表面形貌。并對陶瓷的介電性能、壓電性能、鐵電性能作了初步的研究。 聊城大學(xué)本科畢業(yè)論文 6 2． SrCaBi4xErxTi5O18壓電陶瓷的制備過程 本實驗所使用的藥品和試劑有： SrCO3， CaCO3,TiO2,Bi2O3,Er2O3 SrCO3 中國醫(yī)藥集團(tuán)上?；瘜W(xué)試劑公司 99% CaCO3 上海虹光化工廠 % TiO2 上海市國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司 98% Bi2O3 上海市國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司 98% Er2O3 上海市國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司 98% 儀器 本實驗所使用的儀器有： 電子天平 （ FA1004N） 、烘 箱、球磨機(jī) (XQM4L變頻行星式球磨機(jī)，尼龍球磨罐、氧化鋁瓷球 )、坩堝、研缽、箱式電阻爐、可控溫電阻爐、 D8 Advance X射線粉末衍射儀（德國 Bruker公司）、 JSM6380LV掃描電子顯微鏡（日本電子 /英國牛津）、 HP4294A阻抗分析儀 （ Agilent Inc., 美國）、TF2021壓電分析儀（ aixACCT Inc., 德國）、 壓電常數(shù)測量儀（ YE2730A，中國） 。 壓電陶瓷的傳統(tǒng)制備工藝一般包括以下幾個步驟：（ 1）計算并配料、（ 2）混合（球磨）、（ 3）預(yù)燒、 （ 4）粉碎（再次球磨）、（ 5）成型、（ 6）排塑、（ 7）燒成、（ 8）上電極、（ 9）極化、（ 10）性能測試。流程圖如圖 所示： 圖 陶瓷工藝路線 Preparation route of the ceramics 配料 混合 被銀 燒結(jié) 成型 粉碎 預(yù)燒 測試 極化 排塑 聊城大學(xué)本科畢業(yè)論文 7 該圖為固相合成法制備 SrCaBi4xErxTi5O18壓電陶瓷材料的工藝路線圖，由圖可知 SrCaBi4xErxTi5O18壓電陶瓷材料制備的工藝流程主要包括合成、制備和性能測試三大步驟。 將實驗所用的 SrCO3,CaCO3,TiO2,BiO3,Er2O3,在烘箱內(nèi)以 100℃烘干 5小時 A、 計算： 以化學(xué)式 SrCaBi4xErxTi5O18, x=0,，按計量比分別計算制備， 所需各種原料的用量。 B、 配料： 參照上述計算各原料的用量，用托盤天平依次秤取各原料的用量。 A、 合成 把稱量好的物料放于球磨罐中，倒入蒸餾水，蒸餾水的量以沒過小球 為標(biāo)準(zhǔn)。在 150 轉(zhuǎn) /分鐘的轉(zhuǎn)速下球磨 12 小時。 停磨后，將料漿倒入托盤，再用蒸餾水清洗 3 次，然后放入烘箱內(nèi)烘干，烘箱的溫度為 90℃，直到烘干為止（烘干的判斷標(biāo)準(zhǔn)是以平鋪的物料開裂為原則）。 將烘干的物料刮下，倒入研缽中，研磨至細(xì)碎（用 50 目篩子過兩遍）。 、預(yù)合成 預(yù)燒的目的是讓物料擴(kuò)散，固相反應(yīng)生成所需的物質(zhì)。 將烘干的物料在 ，然后便可放入高溫爐中進(jìn)行預(yù)合成，預(yù)燒的溫度為 900℃。 將預(yù)合成的大塊在研缽中研碎，再放入球磨罐中（ 同樣以蒸餾水為介質(zhì)，球磨時間為 6 小時），停磨后取出放入托盤用烘箱烘干。 將烘干的物料放入研缽中研碎，然后取 1ml 的 PVB，滴入研磨好的粉末內(nèi)，研磨 1525 分鐘便可篩選一下。 聊城大學(xué)本科畢業(yè)論文 8 然后將一定量的物料放入模具中準(zhǔn)備成型，厚度平鋪為 3mm,注意不要太厚。然后在 壓力下壓制成型。 防止粘合劑高溫燃燒造成還原性氣體，再將壓好的片子放入高溫爐中進(jìn)行排塑。 將排素完的片子取 3 片在磨板上研磨，直到其厚度在 以下。然后將各組磨好的成
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