BCZT无铅压电陶瓷的助熔烧结和压电性能研究

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1、工学硕士学位论文BCZT无铅压电陶瓷的助熔烧结和压电性能研究黄伟哈尔滨理工大学2018年3月国内图书分类号：O437.2工学硕士学位论文BCZT无铅压电陶瓷的助熔烧结和压电性能研究硕士研究生：黄伟导师：林家齐教授申请学位级别：工学硕士学科、专业：材料物理与化学所在单位：理学院答辩日期：2018年3月授予学位单位：哈尔滨理工大学ClassifiedIndex：O437.2DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringAidedsinteringandPiezo

2、electricPerformancesofBCT-BZTLead-freeceramicsCandidate：HuangWeiSupervisor：Prof.LinJiaqiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：CollegeofScienceDateofOralExamination：March,2018HarbinUniversityofScienceandUniversity：Technology哈尔滨理工大学硕士学位论

3、文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《BCZT无铅压电陶瓷的助熔烧结和压电性能研究》，是本人在导师指导下，在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文研究工作做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名：黄伟日期：2018年3月29日哈尔滨理工大学硕士学位论文使用授权书《BCZT无铅压电陶瓷的助熔烧结和压电性能研究》系本人在哈尔滨理工大学攻读硕士学

4、位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归哈尔滨理工大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解哈尔滨理工大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门提交论文和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权哈尔滨理工大学可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。本学位论文属于保密□，在年解密后适用授权书。不保密。(请在以上相应方框内打√)作者签名：黄伟日期：2018年3月29日导师签名：林家齐日期：2018年3月29日BCZ

5、T无铅压电陶瓷的助熔烧结和压电性能研究摘要铁电压电陶瓷是将电能和机械能进行相互转化的功能陶瓷，应用十分广泛。过去几十年，以PZT为代表的含铅压电陶瓷牢牢占据着压电陶瓷市场，虽然其有优异的性能，但容易对环境造成污染，因此研究高性能无铅压电陶瓷性能具有重大的意义。x(Ba0.7Ca0.3)TiO3-(1-x)Ba(Zr0.2Ti0.8)O3(简称为xBCT-(1-x)BZT或者BCZT)陶瓷具有优异的电学性能和环保性，但烧结温度过高，成本高，经济效益低是限制其广泛应用的难点。学者们通过多年研究发现，B

6、CZT无铅压电陶瓷在准同型相界附近具有巨压电系数，合适的助烧剂能降低BCZT的最佳烧结温度，并在一定程度上提高BCZT陶瓷的电学性能。本文利用传统固相反应法制备了0.48[(Ba0.7Ca0.3)TiO3]-0.52[Ba(Zr0.2Ti0.8)O3]陶瓷，探究1350℃-1450℃范围的烧结特性和介电、压电、铁电性能。结果表明,1350℃、1370℃、1430℃、1450℃烧结的样品均为纯的钙钛矿结构，无杂相,1390℃烧结的样品和1410℃烧结的样品有焦绿石相产生。1430℃烧结的样品性能最优

7、：其密度为5.267g/cm3、剩余极化强度为10.24µC/cm2、压电常数(d33)为413pC/N、逆压电常数为790pm/V。在此基础上，本文选用LiNbO3和NaCl作为助熔烧结剂，探索了不同浓度掺杂对0.48[(Ba0.7Ca0.3)TiO3]-0.52[Ba(Zr0.2Ti0.8)O3]陶瓷样品烧结特性和电学性能的影响规律。研究发现，0.2wt%的LiNbO3助烧剂掺杂，能够将BCZT陶瓷体系的最佳烧结温度从1430℃降低到1370℃：此时晶粒生长均匀，密度为5.472g/cm3、压

8、电系数(d33)为502pC/N、最大极化强度(P2max)为16.9μm/cm、剩余极化强度(Pr)为9.9μm/cm2、矫顽场(E*c)为3.32kV/cm、逆压电系数(d33)为837pm/V。0.4wt%的NaCl助烧剂掺杂，能够将BCZT陶瓷体系的最佳烧结温度从1430℃降低到1410℃：此时晶粒生长均匀，晶粒之间有明显的液相产生，密度为5.472g/cm3、压电系数(d233)为462pC/N、最大极化强度(Pmax)为16.6μm/cm、剩余极化强度(Pr)为11.2