无铅压电陶瓷开题报告.doc

合肥学院化学与材料工程系毕业设计（论文）开题报告课题名称锶改性无铅压电陶瓷Li0.06K0.47Na0.47Nb0.94Sb0.06O3 的制备及性能研究学生姓名李伟杰学号 0803031030专业无机非金属材料工程班级08无机非设计（论文）内容和意义压电陶瓷是指把氧化物混合(氧化锆、氧化铅、氧化钛等)高温烧结，固相反应后而成的多晶体，并通过直流高压极化处理使其具有压电效应的铁电陶瓷的统称。一般说来，晶体结构属于钙钛矿型，钨青铜型，焦绿石型的陶瓷均具有压电性，但钙钛矿型晶体结构是目前压电陶瓷的大部分。压电陶瓷在电子、信息、航空方面，作为传感器、换能器等，有着广泛的应用设计的论文包涵压电材料和压电陶瓷方面的相关材料介绍、压电陶瓷的制备工艺，掺锶和不同烧结温度对电学性能的影响实验、实验结论、参考文献、致谢等内容。我做了锶的组分分别为0，0、005，0、01，0、02，0、04，0、06，0、08时的实验，用固相法烧结制备。具体的过程是：1:粉体的制备。原料的配备、混合和研磨、预烧2：压电陶瓷的制备。粉碎和造粒、成型、排胶和烧结3：测试前准备。抛光和清洗、上电极、磨边高压极化4：对实验样品进行性能的测试21世纪的新材料技术是以智能材料为代表的时代，因此，开展智能材料1的研究具有十分重大的战略意义，智能材料与结构是一类具有集传感、驱动和控制功能于一体的材料系统，具有类生物功能，通过自身的感知和驱动属性，实现材料驱动功能与智能化；通过感知与响应外界环境的变化，达到自适应的目的。目前，可作为智能材料系统中的执行材料主要有压电材料、形状记忆合金、电致伸缩材料、磁致伸缩材料和电流变体等；可作为传感材料的主要有压电材料、光纤系统及其他各类特性的材料，其中压电材料能够自适应环境的变化实现机械能和电能之间的相互转化，具有集传感、执行和控制于一体的特有属性，是智能材料系统转中的主导材料。而加紧对压电陶瓷及其器件应用的研究和开发更是当前国际竞争的热点。自1880年法国的Jaoques和Pierre Currie兄弟发现压电性以来，压电材料已成为一类重要的高新技术材料，并且在信息、激光、导航和生物等高技术领域应用广泛。压电陶瓷2的发展大致经历了从石英单晶，压电陶瓷到目前的聚偏二氯乙烯(PVDF)和压电复合材料这几个重要的阶段。石英单晶作为最早发现的具有压电性的材料开辟了人类利用压电材料的历史，但由于其成本高、压电性弱使其应用受到了很大的限制。压电陶瓷克服了上述缺点，它来源方便且具有高的机电耦合系数，因而极大地扩展了压电材料的应用范围。钛酸钡(BaTi03)和锆钛酸铅(PZT)是其中的代表。随着压电材料的发展以及人们对环境要求的提高，铌酸盐基压电材料得到快速的发展。早在1949年美国学者就合成了NaNbO3，KNb03, LiNb03等AB03型化合物。由于其具有较高的居里点，低的介电常数，较低的Qm值而受到了重视, 1959年美国学者研究了NaNbO3-KNbO3陶瓷的压电性，由此成为碱金属铌酸盐陶瓷研究的开端。然后人们又相继研究了NaNb03-KNb03，NaM03-LiNbO3和NaNb03-KNb03-LiNbO3体系陶瓷，并用Ta 、Sr、Ca、Mg等部分置换B位M5+使碱金属铌酸盐基向多元化发展。本实验研究采用传统的固相烧结法制备铌酸盐-掺杂钛锶离子体系压电陶瓷，探讨了不同组分及不同的烧结温度对材料性能的影响，以期获得性能更优的压电陶瓷体系。文献综述众所周知，材料、能源、信息并称为现代文明的三大支柱，材料尤其是信息工业和社会经济发展的重要基础和有力保障，是人类赖以生存和可持续发展的坚实物质基础。压电陶瓷是一类极为重要的功能材料，其应用己遍及人类日常生活及生产的各个角落。目前，全球在大量使用的压电陶瓷材料仍是传统的含铅压电陶瓷，其中铅元素含量高达60%以上。由于铅的易挥发性，在生产、制备、使用及废弃处理中都会对环境造成极大的污染。随着环保意识的日益深入，国际上正积极通过法律、法规、政府指令等形式对含铅的电子产品加以禁止。作为无铅材料的碱金属铌酸盐备受压电材料研究领域关注。压电材料以其独特的力、热、电、磁、光及声学等功能性质，已在多方面得到成功应用，其作为一种重要的功能材料，在电子材料应用领域占有相当大的比重，而加紧对压电陶瓷及其器件应用的研究和开发更是当前国际竞争的热点。压电材料是一类实现机械能与电能相互转换的功能材料，在电、磁、声、光、热、湿、气、力等功能转换器中发挥着重要的作用，有着近一个世纪的应用历史，是一类重要的、国际竞争极为激烈的高新技术材料。压电材料按其化学组成和形态分为压电单晶、压电陶瓷、压电聚合物及复合压电材料四类。压电陶瓷品种众多，应用广泛。与压电单晶相比，压电陶瓷具有化学性质稳定，易于制备且能制得各种形状、尺寸和任意极化方向的产品，并且价格低廉；与压电聚合物和复合压电材料相比，压电陶瓷具有压电性能好，且能通过掺杂或置换取代改性得到不同特性的、能适合不同需要的材料与器件，因而得到广泛应用，特别是用它制作的滤波器、微位移器、驱动器和传感器等，被广泛应用到航空航天等高新技术领域及国民经济各个部门中，成为不可缺少的现代化关键材料和元件1。自从1880年居里兄弟发现电气石的压电效应以来，便开始了压电学的历史。1940年以前，压电材料只有两类水溶性铁电体:一类是罗息盐与某些密切有关的酒石酸盐，一类是磷酸二氢钾盐和它的同晶型物。二十世纪四十年代，陶瓷的压电性首先在钛酸钡上被发现，压电材料及其应用取得了质的飞跃。对BaTiO3人们无论在理论上还是在技术应用上都进行了充分的研究，到目前为止, BaTiO3的理论已经成熟，为压电陶瓷材料的进一步研究打下良好的基础。压电陶瓷是一种用途广泛的功能材料, 可实现机械能与电能的相互转换。压电陶瓷与压电单晶材料相比, 具有机电耦合系数高、价格便宜、几乎能做成任意要求的形状、易于批量生产等优点, 被广泛应用于制作超声换能器、压电变压器、滤波器和压电蜂鸣器等器件, 在国民经济、现代科学技术、现代国防中举足轻重。通常的压电材料是PZT ,新型的压电陶瓷材料主要有:高灵敏、高稳定压电陶瓷材料,电致伸缩陶瓷材料,热释电陶瓷材料等。压电陶瓷作为电、力、热、光敏感材料,在超声换能、传感器、无损检测和通讯技术等领域已获得了广泛的应用。近年来,虽然我国在陶瓷驱动器的应用和开发方面给予了重视,参加研究的单位越来越多,并且取得了一定的成绩,有些产品的性能指标与国外产品已经很接近,但总的来说,与发达国家的差距仍然是很大的,尤其是在技术的实用化和产业化方面。压电陶瓷材料在滤波器、超声发生器、传感器等方面已经得到了广泛的应用。由于压电陶瓷变压器比传统电磁型变压器具有小型、高效、高升压比等优点,近年来开始应用于液晶显示背光电源, 尤其在大尺寸、高亮度的液晶显示器中显示出巨大的应用前景。 压电陶瓷变压器是在谐振状态下工作的,其振子应满足产生尽可能大的形变,因而要求其具有高的压电常数d33;要获得高的转换效率,则机电耦合系数KP要大;为保证其在工作中散热小,温升低,要具有高的机械品质因数Qm、低介质损耗tan以及低的谐振内阻r. 在电极面积一定时, r主要与Qm 有关, 越大, r越小. 因此,大功率压电陶瓷必须同时具有“三高”和“一低”的电性能。压电陶瓷材料因其能耗低, 响应快, 刚度大, 易于控制, 可粘贴于本体结构表面或可嵌入本体结构内部, 生产工艺较成熟等优点, 在智能结构中得到了广泛的应用。压电陶瓷作为电、力、热、光敏感材料,在超声换能、传感器、无损检测和通讯技术等领域已获得了广泛的应用。传统的压电陶瓷都是以PZT为基的压电陶瓷,铅含量一般都在70%以上,含铅压电陶瓷在制备、使用及废弃后处理过程中都会给环境和人类带来损害。近年来,随着环境保护和人类社会可持续发展的需求,新型环境友好的无铅压电陶瓷已经成为国内外致力研发的热点材料之一。2001年欧洲议会通过了关于“电器和电子设备中限制有害物质”的法令,并定于2008年实施。我国信息产业部也相继通过了类似法令,并逐年提高了研制无铅压电陶瓷的支持力度。目前研究的无铅压电陶瓷材料按组成可分为以下几类:钛酸钡基无铅压电陶瓷、铌酸盐基无铅压电陶瓷、Bi0.5 Na0.5 TiO3基无铅压电陶瓷、钨青铜结构无铅压电陶瓷和铋层状结构无铅压电陶瓷。这些材料和传统的PZT基压电陶瓷相比,虽然有各自的特点,但压电性能比较差,不能完全取代目前广泛使用的PZT基压电陶瓷,为了提高无铅压电陶瓷的压电性能,人们已经在改变组分、掺杂改性等方面进行了大量的研究。作为无铅压电陶瓷材料研究、应用的基础,制备方法在提高无铅压电陶瓷性能方面显得尤为重要。压电陶瓷在信息的检测、转换、处理、显示和存储等方面具有广泛的应用, 是一类重要的、国际竞争极为激烈的高技术新材料。目前广泛使用的压电陶瓷大多是含铅基陶瓷, 在制备使用过程中会污染环境, 对人类造成危害。随着人们环保意识的增强, 开发环境友好的无铅压电陶瓷, 已成为一项紧迫的战略性研究课题。目前许多国家都投入了大量的人力物力,积极研究低铅、无铅压电陶瓷。无铅压电陶瓷的开发和应用已经成为各个国家的研究热点。无铅压电陶瓷的制备方法是决定其结构、性质和应用的关键因素。本文从粉体制备方法和陶瓷制