氧化铜掺杂钛酸钡无铅压电陶瓷的制备

1、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,

2、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

3、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

4、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

5、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