压电陶瓷制备与测试实验报告

压电陶瓷制备与测试实验报告1、 实验要求1、 了解压电陶瓷的基本性能、结构、用途、制备方法。2、 了解压电陶瓷常见的表征方法及检测手段。3、 掌握压电陶瓷材料压电、介电性能等性能测试方法。4、 掌握压电陶瓷的性能分析方法。2、 压电陶瓷材料制备过程主要包括以下步骤：配料-混合-预烧-粉碎-成型-排胶-烧结-被电极-极化-测试。1、 配料：Bi2O314.36 Sc2O34.249 PbO23.7 TiO28.6962、 原料选用纯度高、细度小和活性大的粉料，根据配方或分子式选择所用原料，并按原料纯度进行修正计算，然后进行原料的称量。按化学配比配料以后，使用行星式球磨机将各种配料混合均匀。实验室常采用的是水平方向转动球磨方式，震动球磨是另一种常用的球磨方法，此外还有气流粉碎法等混合方法。3、 混合球磨后的原料进行预烧。预烧是使原料间发生固相化学反应以生成所需产物的过程，预烧过程中应注意温度和保温时间的选择。将预烧反应后的材料使用行星式球磨机粉碎。4、 成型的方法主要有四种；轧膜成型、流延成型、干压成型和静水压成型。轧膜成型适用于薄片元件；流延成型适合于更薄的元件，膜厚可以小于10m；干压成型适合于块状元件；静水压成型适合于异形或块状元件。除了静水压成型外，其他成型方法都需要有粘合剂，粘合剂一般占原料重量的3左右。成型以后需要排胶。粘合剂的作用只是利于成型，但它是一种还原性强的物质，成型后应将其排出以免影响烧结质量。5、 烧结是将坯体加热到足够高的温度，使陶瓷坯体发生体积收缩、密度提高和强度增大的过程。烧结过程的机制是组成该物质的原子的扩散运动。烧结的推动力是颗粒或者晶粒的表面能，烧结过程主要是表面能降低的过程。晶粒尺寸是借助于原子扩散来实现的。6、 烧结后的样品要被电极，可选用的电极材料有银、铜、金铂等，形成电极层的方法有真空蒸发、化学沉积等多种。压电陶瓷中广泛采用的是，在烧结后的样品涂上银浆，在空气中烧制电极。为了防止空气在高压下电离、击穿，极化一般是在硅油中进行。为了获得优良的压电性能，需要选择合适的电场强度，适当的极化温度。极化样品放置24小时后，用压电常数测量仪测量d33，用高频阻抗分析仪(Agilent4294A等)测量介电常数、介电损耗、谐振频率等3、 实验内容 利用d33测试仪及Agilent 4294A阻抗分析仪测试压电陶瓷片的各项性能，得如下表格：材料名称d33(pC/N)反谐振频率fa(kHz)谐振频率fr(kHz)谐振点处阻抗Rf()1kHz的电容Cp(nF)介电损耗D(mU)机械品质因子Qm机电耦合系数kp样品厚度t(mm)样品直径(mm)相对介电常数rBSPT396212.0185.5200.1921.0202238.51351790.5991.009.091776然后根据Agilent 4294A阻抗分析仪测得的数据，通过公式计算得到如下两图上图未居里温度的介电温谱图，B代表介电常数，A代表温度，读图得到最高点坐标（454，17.401），因此居里温度为454度上图为阻抗分析图，读图得到黑线最高、最低点对应x坐标别为212.000、185.500（kHz）对应fa、fr。陶瓷种类相对介电常数介电损耗居里温度机电耦合系数kp压