（材料学专业论文）Nalt05gtBilt05gtTiOlt3gtBaTiOlt3gt系无铅压电陶瓷的工艺、结构与性能研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 压电陶瓷是一种可实现机械能与电能相互转换的功能材料。传统的压电 陶瓷在制备过程中存在着铅的挥发，不仅使陶瓷的化学计量比偏离，还会对 环境造成污染。n a o5 b i o 函0 3 具有很强的铁电性，是一种很有希望的无铅压 电材料。但纯n a o5 b i o5 y i 0 3 具有较高的矫顽场和电导率，极化十分困难， 压电性能难于充分表现出来，通过掺杂取代可降低其矫顽场。本论文以b 矿 进行a 位取代，采用固相合成法，制备出( 1 一x ) n a o5 b i o5 t i 0 3 x b a t i 0 3 陶瓷样 品，研究其最佳合成工艺条件及压电、铁电性能和介电弛豫特性。 选取部分组成点，采用不同的预合成温度、烧结温度和保温时间制各样 品，测试各样品的晶体结构、体积密度、线收缩率和压电性能。研究表明： 当x 0 0 7 时，有 双电滞回线现象的存在。当x 0 1 0 时的变温介电性能的报道 很少。在一个较宽的组成范围内进行铁电和变温介电性能的研究，可深入了 解b a t i 0 3 的掺入对该材料的相变过程和弛豫铁电特性的影响。 另外，( 1 - x ) n b t - - x b a t i 0 3 可作为进一步进行掺杂取代的良好基体，目 前已报道的压电性能较好的体系几乎都是在此基础上进行的复合掺杂，研究 ( 1 - x ) n b t - - x b a t i 0 3 的工艺、结构号胜能的关系，可为在此基础上进一步的 复合取代研究打下基础。同时，( 1 - x ) n b t - - x b a t i 0 3 是典型的n b t 基陶瓷a 位取代的固溶体，详细研究其工艺过程对微观结构和性能的影响，对整个 n a o5 b i o5 t i 0 3 基压电陶瓷的工艺过程也有着借鉴作用。 1 _ 3 2 主要研究内容 l 、工艺制度的研究 根据( 1 - x ) n b t - - x b a t i 0 3 配方，分别选取不同组成点，采取不同的预合 成温度，根据样品的体积密度和压电性能，确定最佳的预合成条件。 选取部分组成点，采用不同的预合成温度、烧结温度和保温时间制各样 品，研究各样品的体积密度、线收缩率、晶粒发育状况和压电性能，确定最 佳的烧成工艺制度。 选取部分样品，采用不同的极化电压、极化温度和保温时间，研究极化 9 武汉理_ i ：= 大学颇 学位论文 工艺条件对压电性能的影响。 2 、材料结构的表征与分析 对( 1 - x ) n b t - - x b a t i 0 3 在x 兰0 3 0 范围内选取不同的x 值，采用最佳工艺 制度制备样品，采用x r d 和s e m 等分析测试手段分析不同掺量的b a t i 0 3 对材料微观结构和品粒状况的影响。确定材料的三方、四方准同型相界组成 范围。 3 、铁电、压电性能的研究 采用r a d i a n tp r e c i s i o nw o r k s t a t i o n 铁电测试系统测试样品的铁电性能； 采用z j - - 3 a 准静态d 3 3 测量仪测量d 3 3 ，采用h p 4 2 9 4 a 阻抗分析仪，测量并 计算样品的k ”e 等压电性能参数，分析b a t i 0 3 的掺入对铁电、压电性能 的影响。 4 、介电弛豫特性与相变特征的研究 采用t h 2 8 1 6 型宽频数字电桥在不同频率下测量陶瓷的介电常数和介质 损耗随温度的变化情况：采用r a d i a n tp r e c i s i o nw o r k s t a t i o n 铁电测试系统测 量部分样品的变温电滞回线。分析b a t i 0 3 的掺入对材料介电弛豫特性的影 响，讨论材料在升温过程中的相变机理。 丛堡些! 生兰丝! 篁笪笙兰一 第二章样品的制备工艺研究 2 1 固相合成法制备样品的工艺流程 固相合成法是目前生产电子陶瓷产品的主要方法。与液相合成等其它方 法相比，固相合成法制备无铅压电陶瓷更适宜予现有压电陶瓷企业的生产工 艺流程，易推广，本论文中样品的制备采用固相合成法，其工艺流程如图2 - 1 所示。 图2 1 固棚合成法制备样品的一 艺流程 2 1 1 配料、预烧和成型 本实验所需的主要化学原料有四种，分别是n a 2 c 0 3 、b i 2 0 3 、t i 0 2 和 b a t i 0 3 。在原料的准备方面，有以下两点应该注意：一是对于原料纯度的要 求并非越纯越好，有时纯度非常高的原料反而使性能变坏，这是因为有些杂 质的存在会对工艺性能产生有利的影响；二是由于不同来源的原利所处状态 的不同以及所含杂质的不同，其工艺性能及其对样品的最终性能会有很大影 i 榈，为了保证实验数掘的可比性和科学性，整个实验过程中同种化学药品的 来源应相同。本实验所用的主要化学原荆及其生产厂家如表2 1 所示，均为 亟坚些三占堂堡：! ：堂焦丝壅 一 为分析纯，满足实验要求，另外，n a + 与b a 2 + 的引入采用了碳酸盐的形式，这 主要是因为碳酸盐能在合成温度分解产生氧化物而具有较大的活性。 表2 - 1实验原料的纯度及产地 原料纯度( )产地 b i 2 0 3 9 9 0上海恒信化学试剂有限公司 n a 2 c 0 3 9 9 8上海虹光化工厂 t i 0 2 9 9 0天津科密欧化学试剂开发中心 b a c 0 ， 9 9 0上海泗联化工厂 表2 - 2 原料的配比 样品 样品化学式 备原料的质量百分比 编号 b i 2 0 3n a 2 c 0 3t i 0 2b a c o a b t 2 ( n a m b i r 2 ) o9 s b a o0 2 t j 0 3 5 0 9 7 0 2 115 9 4 0 3 5 6 7 3 7 1 7 6 2 2 b t 4 ( n a v 2 b i v 2 ) o9 6 b a o0 4 t i 0 3 4 9 6 8 8 8 11 3 0 2 5 3 5 5 0 1 4 3 5 0 7 3 b t 6 ( n a l n b i m ) 0 9 4 b a 0 0 6 t i 0 3 4 8 4 1 9 7 11 ，0 i 3 8 3 5 ，3 3 0 7 5 2 3 5 7 b t 8 ( n a t a b i l ，2 ) o9 2 b a oo s t i 0 3 4 7 1 4 2 4 1 0 7 1 9 5 3 5 1 5 6 8 6 9 7 5 2 b t l o ( n a l ，2 b i l a ) o9 0 b a 0l o t i 0 3 4 5 ，9 1 7 9 1 0 4 4 4 8 3 4 9 9 4 3 8 6 4 3 0 b t l 2 ( n a t a b i l a ) os s b a o1 2 t i 0 3 4 4 6 8 5 1 1 0 1 6 4 3 3 4 8 2 8 5 1 0 3 2 2 0 b t l 5 ( n a l n b i l n ) o8 5 b a ois t i 0 3 4 2 8 5 6 8 9 7 4 8 5 3 4 5 8 2 7 1 2 8 1 2 0 b t 2 0 ( n a m b i l r d os o b a o2 0 t i 0 3 3 9 8 6 6 9 9 0 6 8 4 3 4 1 8 0 6 1 6 8 8 4 1 b t 2 5 ( n a t n b i m ) o7 s b a o2 5 t 1 0 3 3 6 9 4 5 7 84 0 3 9 3 3 7 8 7 8 2 0 8 6 2 6 b t 3 0 ( n 籼f 毋i l 成，出硒3 0 t 妁33 4 ，0 9 0 8 7 7 5 4 5 3 3 4 0 4 0 2 4 7 5 0 7 原料的配比及其编号根据分子式( 1 - x ) n b t - x b a t i 0 3 中x 的变化如表2 2 所示。将配好的料置于玛瑙罐中，采用q m s b 行星球磨机混磨，球磨介质 为玛瑙球和无水乙醇，球、料、无水乙醇的比例为2 ：1 ：o 5 ，混磨时间为5 小 时。将混磨后的原料置于玛瑙研钵中，将无水乙醇研干。研干屙的物料在 5 0 m p a 的压力下压成块状然后预合成。 将合成好的料块随炉冷却后破碎，再次簧于玛瑙罐中球磨6 小时。球磨 l 武汉理工大学硕士学位论文 后在烘箱中烘干，按质量百分比加1 0 的浓度为5 的聚乙烯醇( p v a ) 水 溶液作牯接荆，在1 5 0 m p a 的压强下压制成直径2 0 m m ，厚度约1 5 r a m 的圆 片。 2 1 2 排塑与烧成 烧成前应进行排塑，即在高温炉中通过适宜的控温制度将有机粘接剂缓 慢除去。控温制度取决于所用粘接剂的挥发特性，应尽量避免粘接剂挥发过 快而对样品造成损害。本实验采用的粘接剂p v a 的挥发温度范围为2 0 0 5 0 0 * 0 ，控温制度确定为以每小时6 0 c 的速率升温到4 0 0 0 ，保温1 小时， 此时粘接剂已基本排除，但为了使样品在排塑后具有定的强度，继续升温 至8 0 0 后随炉冷却。 排塑后的样品即可烧成，文献7 1 认为该材料可在敞开气氛中烧成，本实 验发现这种方式很难烧结出合格的样品，一方面由于b i 3 + 挥发，另一方面由 于样品难于受热均匀，最终烧成的样品往往扭曲变形。为解决此问题，本实 验选用a 1 2 0 3 作为介质进行埋烧，取得了较好效果。a 1 2 0 3 熔点高，不与样 品发生反应，且价格相对便宜，可重复使用。 2 1 _ 3 抛光、镀银电极和极化 烧好的样品以金钢砂( s i c ) 作研磨剂、水作研磨介质，置于玻璃板上 磨平，在金相砂纸上抛光。将银浆均匀地涂在样品上下表面。干燥后在8 0 0 下保温半小时烧银，形成附着紧密、导电性能良好的银电极。镀电极后的 样品即可在直流电场下极化。 2 2 预烧工艺制度的研究 2 2 1 预烧的作用 预烧又叫预合成，是在正式烧结前进行的预烧结过程，经过一次高温作 用，使各原料问进行固相反应，形成固溶体，合成主晶相。本实验的预烧过 程中主要发生如下反应： 导n a 2 c 0 3 + 导b l 炳郴a c 0 3 + t i 0 2 邓- x ) n a o s b i o s t i 0 3 加a t i 0 3 + ( 竿) c 0 2 茎堡望三查堂璧主堂垡丝l 一 2 2 2 预烧温度的确定 由于不同b t 含量( b a t i 0 3 简称b t ) 的样品对应的最佳预烧温度可能 不同，木实验选取b t 2 、b t 6 、b t l 5 三个组成点，先根据t g d t a 图谱确 定预烧温度的大致范围，然后结合不同预烧温度下烧成样品的体积密度和压 电性能确定最佳预烧温度，并应用x r d 分析样品的晶体结构形成状况。 1 、t g d t a 图谱分析 d t a ( m w t m g ) 6 8 08 0 01 9 0 0 t e m p e r a t u r er c 图2 - 2b t 6 的t o d t a 图谱 2 0 0 图2 2 是b t 6 的差热图谱，从图中可以看出，d t a 曲线在1 0 0 左右有 一个吸热峰，与之相对应t o 曲线有一个失重，这主要是由于原料中水的蒸 发。在6 0 0 6 8 0 c 区间，有一个大的失重，是由于碳酸盐的分解，相应的 d t a 曲线有一个吸热过程。在8 5 0 c 左右d t a 曲线还有一个吸热过程，对 应于材料的合成反应的吸热。因此，从该图可以确定，预烧温度应在8 5 0 c 以上。 2 、x r d 图谱分析 图2 - 3x r d 图谱中，8 5 0 c 下b t 2 已经合成了钙钛矿结构的主晶相，而 b t 6 、b t l 5 仍然存在b i l 2 t i 0 2 0 的杂相。这说明b t 的掺入，使得预合成温 度必须提高。这主要是由于b a c 0 3 的分解温度较n a z c 0 3 高所致，单纯b a c o ， 的分解温度为1 1 0 0 c 以上，在有t i 0 2 存在的情况下，其分解温度降低到9 0 0 1 4 如 加 。 邶 枷 m 旨j 阳 卯 武汉理工大学硕士学位论文 左右。图2 - 4 x r d 图谱中，在9 0 0 。c 下，三种配比的样品均合成了单一的 钙钛矿结构。仅从合成结构的角度看，b t 2 的预烧温度定为8 5 0 。c ，b t 6 、 b t l 5 的预烧温度定为9 0 0 。c 已经能够满足要求。 图2 - 3 8 5 0 c 保温2 h 各样品的x r d 图 图2 - 4 9 0 0 c 保温2 h 各样品的x r d 图谱 武汉理工大学硕士学位论文 3 、体积密度和压电性能分析 合理的预烧温度是获取性能优良的致密陶瓷的前提条件1 2 引。预烧温度低 时，反应不充分，粉料颗粒堆积不够紧密，接触面不够，难于在烧结中得到 较高致密度的陶瓷；而预烧温度偏高时，固然可使主晶相合成比较完全，但 粉料过硬造成粉碎困难，粉粒过度结晶，降低其活性，致使烧结推动力削弱， 瓷体内气孔较多，影响瓷体致密度。只有在合理的预烧温度和保温时间下， 才会使预烧反应基本完成，粉料之间没有发生明显的烧结，粉料具有一定的 活性，烧成的陶瓷结构均匀、质地致密、性能优良。 图2 - 5 中，b t 2 的体积密度在9 0 0 时最大，从图2 - 6 中可看出此时压 电性能也最好；b t l 5 的体积密度和压电性能在9 5 0 。c 最佳；对于b t 6 ，预烧 温度从9 0 0 。c 升高到9 5 0 c 时体积密度几乎不变，但9 5 0 。c 下压电性能提高 了。随着预烧温度的提高，b t l 5 的压电性能和体积密度保持了上升的趋势， 由于预烧温度升的太高会导致预烧后样品粉碎困难，所以在此未继续提高预 烧温度。 图2 5 不同预烧温度下各样品的体积密度 武汉理工大学硕十学位论文 图2 - 6 不同预烧温度下各样品的压电性能 综合以上分析，对于( 1 - x ) n b t - x b a t i 0 3 系陶瓷材料，当x o 0 6 时预烧温度应为9 5 0 ( 2 。 2 3 烧成工艺制度的研究 烧成是电子陶瓷的一道重要工序，材料的性能除取决于原料的性能、瓷 料的组成等前段各工序的处理方法外，还取决于烧成条件。烧成就是通过物 料在高温过程中进行的物理化学变化，使材料具有某种预期的显微结构，达 到所要求的性能。因此烧成是样品制备中特别重要的一个环节。烧成工艺制 度的研究，主要是对升温速率、烧结温度和保温时间的研究，本实验选取 b t 6 组成点，详细研究了其烧成工艺制度与材料性能间的关系。 2 3 1 烧成升温速率的确定 根据n b t 基陶瓷的相变特征，在6 0 0 * ( 2 以下该材料将发生一系列的相变 过程，由室温下的三方相最终过渡到立方相，在此过程中升温不宜太快，选 择速率为1 5 0 c # b 时。在6 0 0 1 1 0 0 区间，由于原料已经过预合成，在没有 化学反应和相变的情况下，丹温速率可适当加快，定为2 5 0 ，j 、时，至1 1 0 0 时，由图2 - 2 的t g - d t a 曲线可知，此时材料出现明显的吸热过程，表明 烧结过程开始，此时升温速率应放慢，确定为1 0 0 。c d 、时。 2 - 3 2 烧结温度的选择及其对性能的影响 _ _ f i = 汉理丁：人学蝴l ：学位沦义 图2 2 的d t a 曲线表明，在1 2 0 0 。c 出现一个尖锐的吸热峰，表明液相 开始大量出现，此温度附近对应着材料的熔点，烧结温度应在此温度以下， 本实验将原料在9 5 04 c 预烧后。选取1 13 0 。c 、1 1 4 0 。c 、“5 0 。c 、1 1 6 0 、1 1 7 0 、11 8 0 。c 六个温度点保温两小时进行对比实验。 图2 7 中，在1 1 7 0 。c 以下，随着烧结温度的提高，收缩率和体积密度都 有明显增加的趋势，在1 1 4 0 1 1 5 0 。c 区阳j 变化幅度最大，表明至少在1 1 5 0 以上才能烧结出较致密的陶瓷结构。体积密度在1 1 7 0 达到晟大，升温到 1 1 8 0 时，收缩率和体积密度均有所降低，这可能是由于温度升碍过高后液 相出现过多以及b i = i 十的挥发所致。 图2 7 不同烧结温度下保温2 h 后b t 6 的收缩率和体积密度 按烧结过程的特性，烧结可分为固相烧结和有液相参加的烧结两类f 2 ”。 在烧结过程中有液相参加时，晶体的生长以及主要组分的烧结都取决于液相 的数量和性质。液相通常在颗粒表面生成层很薄的吸咐层，在颗粒接触的 颈部这些吸附层形成凹面，在表面张力的作用下，液相将颗粒拉紧，产生坯 体的收缩。液相量增加有利于烧结的进行，但液相量冷却后在晶粒恻形成玻 璃相，玻璃相的增多将使漏电流和损耗增加，不利于材料的性能。 图2 - 8 表明，浚样品为有液相参与的烧结液相广泛分布于晶粒的表而， 与晶粒涮的润湿良好，随着烧结温度的提高，液相量显著增加。 l r 武汉理工大学硕士学位论文 ( a ) 1 1 7 0 f b l1 1 8 0 c 圈2 - 8 不同烧结温度下保温2 h 后b t 6 的s e m 图谱 图2 - 9 b t 6 在不同烧结温度下保温2 h 的k p 和d 图2 - 1 0 b t 6 在不同烧结温度下保温2 h 的q 。和t a n6 垫堡里三盔堂堡：! 兰壁丝壅 一 图2 - 9 、图2 1 0 表明，b t 6 的最佳烧结温度应在1 1 7 0 。c 左右，1 1 8 0 。c 时 由于液相量过多，导致压电常数下降、损耗增加。从图中还可看出，本体系 材料的烧成温度范围较窄，控温必须准确稳定。 2 3 3 保温时间对压电性能的影响 表2 - 31 1 7 0 c 保温不同时间后b t 6 样品的性能 保温时间 臀。c 舯k p 。，意，q t a n 6 ( ) 。m 2 h1 2 55 7 87 8 60 2 8 61 2 73 6 57 8 5 h1 2 - 357 58 4 902 8 61 2 53 8 51 0 2 表2 3 表明，保温2 小时与保温5 小时相比，样品的收缩率和体积密度 略有降低，其原因一方面是保温时间延长之后晶粒生长过大。影响了致密度， 另一方面可能是b i 3 + 的挥发造成了密度的降低。k d 和d 3 3 的变化不大，q 。有 较大提高，但介质损耗t a n6 也增大了，综合起来，保温两小时较为合适。 2 4 极化条件的研究 图2 1 l极化前与极化后的电畴结构示意图 在压电陶瓷材料中，所含有的永久偶极子彼此相互作用，形成许多电畴， 在一个电畴的范围内，偶极子取向均相同，对不同的电畴，偶极子则有不同 取向。在无电场存在时，整个陶瓷多晶体没有净偶极矩，在施加足够强的电 场后，那些取向和电场方向一致的畴生长变大，而其它方向的畴收缩变小， 最后产生净极化强度a 所谓极化，就是在电场作用下，使电畴沿电场方向取 武汉理工大学预士学位论文 向。按电畴间的夹角，可将其分为9 0 。畴和1 8 0 。畴。通常1 8 0 。畴转向不 产生机械应变，转向容易实现，且去掉电场后，剩余极化强度高，而9 0 。畴 的转向由于要造成机械应变，转向不易实现，且去掉电场后电畴易回复原位。 图2 1 1 ( a ) 中，存在着9 0 。畴和1 8 0 。畴，在未经极化的状态下，畴 的取向是无规则的，样品呈各向同性，表现不出压电性能，图( b ) 中样品 经过极化后，畴的取向趋向与电场的方向，样品呈各向异性，表现出压电性 能。 极化条件主要指极化电场强度、极化温度和极化时间，三者相互影响， 相互协调，极化过程进行的是否充分对材料的压电性能影响很大。本论文从 这三个方面研究了极化条件对材料性能的影响，确定了最佳极化工艺制度。 实验采用的极化仪器为2 6 7 1 型万能击穿装置和恒温油浴。 2 4 1 极化电场强度对性能的影响 理论上极化电场强度越高，电畴的转向( 特别是9 0 。畴的转向) 越充 分，但受材料电导率的限制，本体系材料的极化电压不能加得太高。实验选 取b t 6 、b t l 0 、b t l 5 在7 0 。c 下分别施加不同电压，保压1 5 分钟，测试其 压电性能。 图2 1 2 不同极化电压下材料的压电常数d 3 3 武汉理工大学硕士学位论文 图2 1 2 表明，随着极化电场的升高，d ”不断上升，但达到一定电场强 度后上升的趋势变缓。在4 k v 的极化电场下，各样品的d 3 3 已基本饱和。图 2 1 3 表明，随着极化电压的增加，样品的介电常数e 出现极小值。本实验为 了在统一的极化条件下进行样品性能的对比，将所有样品极化电压定为 4 0 k v m m 。 图2 1 3不同极化电压下材料的介电常数e 2 4 2 保压时间对性能的影响 极化过程中电畴的定向排列需要一定的时间，极化时间越长，电畴逐步 克服阻力进行定向排列的程度越高，极化效果越好，这主要是因为9 0 。畴转 向应变较大，需要时间较长。本实验选取样品b t 6 ，在4 0 k v m m 下分别保 压不同时间，测试其压电性能。 如图2 - 1 4 所示，样品仅保压9 分钟以后，压电性能的增h o o p 趋于平缓： k d 值恒定、d 3 3 略有增长。对于其它组成点的样品，由于其矫顽场可能高于 b t 6 的矫顽场，需要更长的极化时间来使电畴转向并稳定下来。综合起来， 将本体系材料的保压时间定为1 5 分钟。 些堡型三查兰堡主兰垡笙苎 一 图2 1 4 不同保压时间下材料的压电性能 2 4 3 极化温度对性能的影响 极化温度对极化过程的影响有以下两方面，首先，由于晶体结构的各向 异性程度随温度的升高而降低，所以在高温极化时9 0 。电畴进行转向时的应 力和应变相对于室温而言较小，即电畴转向的阻力变小。另外，由于高温时 材料的体积电阻率降低，使空间电荷极化在电场的作用下容易消失，空间电 荷的屏蔽作用因而消失，使得电畴转向所需的矫顽场降低。因此，通常升高 温度有利于极化的进行，对于p z t 基材料，极化电压一般在1 0 0 。c 以上。对 图2 1 5 不同极化温度下材料的压电性能 武汉理工人学硕士学位论文 于本体系材料，由于其电导率较大，温度太高时将导致难于加到预期的极化 电场，同时材料的退极化温度也较低，所以极化温度不能太高。 图2 - 1 5 为样品b t 6 在不同极化温度下的压电常数d 3 3 和损耗t a n6 ，该 图表明，在7 0 极化后性能最优，因此本体系材料的极化温度确定为7 0 。c 。 武汉理工大学硕士学位论文 第三章材料的结构表征与压电性能 3 1b t 掺量对晶体结构、形貌和体积密度的影响 3 1 1x r d 结构分析 图3 - 1 为样品的x r d 图谱。该图表明，在所研究的组成范围内，样品都 形成了钙钛矿( a b 0 3 ) 型固溶体结构。随着x 的增加，衍射峰向低角度偏 移，表明晶面间距逐渐增大，这是由于a 位的离子半径较小的n a + ( o 9 5 3 , ) 和b i 3 + ( o 9 6 a ) 被离子半径较大的b a s + ( 1 4 0 a ) 置换所致。 j 蠢 茸 墨 卫 量 图3 - 1 室温下样品在2o 为1 8 8 0 。的x r d 图谱 图3 - 2 为3 6 5 0 0 范围内样品的x r d 图谱，从图中可以看出，x 0 1 0 时，( 0 0 3 ) ( 0 2 1 ) 的双峰合并为( 11 1 ) 的单峰，此时晶体结构转变为四方。根据准同型相界 的含义，可以认为，准同型相界位于o 0 6 x 0 1 0 组成范围内。在这个组 成范围内，两种晶型结构的能量很相近，所以可以共存。准同型相界并非一 定要固定于某一组成点，而是可以在一定组成范围内存在的。例如，对于 2 5 武汉理工大学硕十学位论文 n b t 基陶瓷的其它体系如n b t - p b t i 0 3 、n b t - m e t i 0 3 ( 其中m e = c d 或c a l 等 其准同型相界均存在于一定的组成范围内。 图3 - 2 室温下样品在20 为3 6 5 0 。间的x r d 图谱 3 1 2s e m 形貌分析 图3 - 3 与图3 - 4 为样品在9 5 0 下预烧，1 1 7 0 烧成的s e m 照片，保温 时间均为两小时，从图中可以看出，随着b a 2 + 掺量的增加，样品的晶粒尺寸 变小，其原因可能是b a 2 + 作为一种杂质掺入到n b t 的基体中时，在晶界中 富集，阻止了离子的迁移，对晶粒的长大起了抑制作用。 图3 - 3 样品的s e m 照片( 2 0 0 0 倍) 武汉理工大学硕十学位论文 图3 - 4 样品的s e m 照片( 5 0 0 0 倍) 3 1 _ 3b t 的掺入对样品收缩率和体积密度的影晌 图3 - 5 样品的线收缩率与体积密度 线收缩率s h r i n k a g e 指的是烧结后与烧结前相比样品直径减小的程度。 武汉理工大学硕士学位论文 图3 - 5 中，在准同型相界附近x = 0 1 0 时，线收缩率出现极大值。随着x 的增 大，体积密度p 保持了下降趋势。其主要原因是由于b a 2 + 的半径较大，掺入 到晶格中取代n a + f gb i 3 + 后使得晶面间距增大，理论密度降低，所以体积密 度下降。 3 2 材料的压电性能 3 2 1 压电参数的测量 由于本实验采用的样品是圆片状，对于高阶张量的压电参数如压电常 数、机电耦合系数和频率常数，本实验只测量d 3 3 、k p 和n 。 压电常数d 3 3 的测量主要采用静态法。所谓静态法，就是在所需测定的 样品上，施加一个压力f 3 ，测量样品上所产生的电荷q 3 ，用下式可求出d 3 3 ， 鲁 静态法可以直接测定压电系数d 3 3 ，样品的尺寸不受限制，又不需要使 用较多的测量仪器。本实验采用的是z j 3 a 准静态以3 测试仪。 其它主要压电参数均采用“谐振一反谐