超声电机用bnt基无铅压电陶瓷的研究

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1、南京航空航天大学硕士学位论文摘要压电陶瓷是实现机械能与电能相互转化和耦合的一类功能材料，它是超声电机的重要组成部分，目前超声电机所使用的压电陶瓷均为含铅压电陶瓷，随着环境协调性发展的需要，开发新型无铅压电陶瓷取代现有的含铅压电陶瓷材料，成为一项紧迫且具有重大现实意义的课题。本论文研究了用固相反应法和柠檬酸盐法制备Bi1/2Na1/2TiO3（简写为BNT）基无铅压电陶瓷的工艺。分别用这两种方法制备了(Bi0.972Na0.852K0.12-xLix)0.5TiO3-0.028BaTiO3（简写为BNT-BKT-BT+xLi）系列无铅压电陶瓷，运用X射线衍

2、射、扫描电子显微分析等分析测试手段对掺杂陶瓷微观结构和形貌及其变化规律进行表征与研究，运用d33测试仪、阻抗分析仪、铁电参数测试仪等测量系统对样品的介电、压电、铁电和机械性能进行了测量和分析，并讨论了性能和结构之间的相互关系。得到了性能优良的陶瓷配方BNT-BKT-BT+0.03Li。同时，通过对比得知柠檬酸盐法制得的陶瓷性能要较为优越。最后，选取性能较好的BNT-BKT-BT+0.03Li组分的陶瓷应用到南京航空航天大学精密驱动研究所研制的二自由度超声电机上，电机运行正常，电机性能尚有很大提高空间。实践证明，经过不断完善，无铅压电材料可以在某些领域取代

3、含铅压电材料，减少对人们健康的危害和对环境的污染。关键词：无铅压电陶瓷，BNT-BKT-BT，固相反应法，柠檬酸盐法，超声电机i超声电机用BNT基无铅压电陶瓷的研究ABSTRACTPiezoelectricceramicsarekindsofadvancedfunctionalmaterialsbasedontheirmutualtransferbetweenmechanicalenergyandelectricenergy.Theyarethekeypartsofultrasonicmotors.Atpresent,leadbasedpiezoelec

4、tricceramicsarewidelyusedforultrasonicmotors.Thedevelopmentandstudyoflead-freepiezoelectricmaterialshavebeenmoreandmoreurgentbecauseoftheenvironmentproblem.Inthisdissertation,theBi1/2Na1/2TiO3(abbreviatedasBNT)basedceramicssampleswerepreparedbytheconventionalsolid-statereactionan

5、dbycitric-gelprocesses.Theoptimumpreparationconditionwereinvestigated.(Bi0.972Na0.852K0.12-xLix)0.5TiO3-0.028BaTiO3（abbreviatedasBNT-BKT-BT+xLi）ceramicsampleswrealsopreparedbythetwometholds.Microstructureswerestudiedaccordingx-raydiffraction,scanningelectronmicroscope,etc.Dielect

6、ric,piezoelectric,ferroelectric,mechanicalpropertiesandmechanicalquantityfactorweremeasuredbyd33meter,impedanceanalyzer,highresistancesystemand+ferroelectricparametermeteretc.Lidopingeffectsandmechanismswereanalyzedanddiscussed.Aftercomparison,itwasfoundthattheceramicswithcomposi

7、tionBNT-BKT-BT+0.03Liweretheoptimalpiezoelectricpropertyamongallthesamplesfabricated.BNT-BKT-BT+0.03LiceramicsweresuppliedonultrasonicmotorsdesignedinPrecisionDrivingLaborotaryofNUAA.Theultrasonicmotorsrunwellanditindicatedthatlead-freepiezoelectricceramicswerepromisingtobeusedfo

8、ractuationpurposeaftersufficientmodifica