氧化铜掺杂钛酸钡无铅压电陶瓷的制备

氧化铜掺杂钛酸钡无铅压电陶瓷的制备,实验者：所属系所:材料学院无机非金属材料工程专业指导教师:,第一章压电材料简介,压电材料应用压电材料是实现机械能与电能相互转换的一类功能材料,在谐振器，滤波器，驱动器，传感器，超声换能器等各种电子元器件方面有着广泛的应用。目前实用化的压电材料中,广泛使用的是锆钛酸铅(Pb(Zr,Ti)03,简称PZT)基陶瓷材料。,压电显示屏：美国大众机械网评选的2010年最前沿的十大科学技术之一（潜用于手机屏幕）,压电晶体材料：成都菁华三才科技有限责任公司各种规格微孔雾化片,PZT超声压电陶瓷片（通讯雷达声呐爆破）,2.问题与发展,1.PZT的制备原料中有大量的含铅氧化物,在生产使用和废弃后处理的过程中都会对环境带来严重影响。2.所以,发展环境友好型无铅压电陶瓷是一项重要的研究课题。BaTIO基陶瓷材料是一类重要的无铅压电陶瓷。3.通常制备的BaTIO基陶瓷材料压电活性太低，需要改进。,第二章实验,本实验向钛酸钡粉体中掺杂1%氧化铜，利用通常生产电子陶瓷的工艺制备了BaTIO3陶瓷，并对其收缩率，相对密度，介电性能进行测试。,1.实验内容,造粒成型排胶烧结极化性能测试：收缩率相对密度d33介电损耗介电常数,2.实验仪器、试剂,所用仪器,第三章结果与讨论,1.相对密度-温度图,结果分析,烧结的样品相对密度基本保持不变，密度值均已接近理论密度，且在1080基本相同。这表明，1%CuO掺杂后的陶瓷样品均已烧结成瓷，与传统烧结温度相比（1350-1450）烧结温度有所下降。在BaTiO3陶瓷中CuO起到了提高陶瓷致密度和降低烧结温度的作用。,2.收缩率-温度图,结果分析,陶瓷收缩率随温度的增加而增加。随着烧结温度的升高，陶瓷颗粒滑移增多，逐渐填充大的气孔，引起晶界的滑移。陶瓷气孔率降低逐渐致密，体积减小，收缩率不断增大。从而说明氧化铜可以降低烧结温度，起到了作为一种助烧剂的作用,3.XRD图,实验a值平均值：4.031标准a值平均值：4.032,结果分析,由图可知，在XRD图谱中没有发现第二相，BaTiO3衍射峰比照标准PDF沿2-theta增大方向略有偏移。CuO在BaTiO3中有两种存在可能:一种情况是Cu2+进入了晶格,另一种是CuO作为第二相在晶界处析出。对于本实验BTO一Cu0.01陶瓷,CuO的掺杂量较小。,结果分析,由于实验仪器测试精度的限制,XRD中未检测出CuO的存在，不能确定Cu2+是否进入了晶格以及是否存在游离的CuO。从表中可以看出，随着CuO掺杂量增加,晶格常数a值、d值均变小。原因是CuO进入BaTiO3晶格内,形成固溶体,晶胞体积减小。,4.介电性能,介电性能,介电性能,d33实验值17.0pC/N,结果分析,本实验所测介电性能普遍偏小，原因可以归因于相变温度To一T较大幅度的降低和CuO在晶界处的析出。尽管还需要进一步的详细研究,不过可以确认的是相变温度To一T的降低是与晶格结构的变化密切相关的。另外,晶界处的CuO第二相可能会对电畴产生钉扎效应,阻碍电畴转向,从而导致电畴对外加的电信号或应力信号的响应不敏感.此外，,其较高的密度和均匀的晶粒尺寸分布可能起了重要作用。,5.结论,1.随着温度的不断升高，陶瓷各性能变化趋势各不相同，在1080时，相对密度达到最大值99.40%，之后不断下降。收缩率与温度变化趋势相反。2.随着频率对数不断增加，陶瓷介电常数不断减小，介电损耗在0时达到最小值0.01323，之后不断增加。,第四章实验后感想,该实验不但提升了我们的实验动手能力，丰富了对先进陶瓷相关知识的了解，还加深了对科学实验的认识，促进了理论与实践的结合。是对以往专业知识的检验，也为日后的实验工作打下基础。但实验中也暴露出一些问题：对专业知识掌握不足，科