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文献笔记
1.高温铋层状压电陶瓷Na0.5Bi4.5Ti4O15改性研究
通过元素取代改性和工艺改性,可以提高材料的压电性能。
元素取代改性包括同价元素取代改性和添加物改性。
同价元素取代改性就是利用一些与目标离子同价并且半径也相近的离子加入到压电陶瓷屮,使其来代替并占据一部分目标离子(正离子)的位置,形成代位式压电陶瓷。
为了找出性能更优良的材料,有时候也会同时加入两种或两种以上的元素来取代目标离子,即复合取代,这样可以保留两种元素的优点并且部分地克服了单一元素取代时带来的缺点。
添加物改性通常是指将与原来晶格中离子的化合价不同的元素添加到压电陶瓷中,以达到调节陶瓷性能的改性目的。
通常是按照配方总重量的百分比将添加物以金属氧化物的形式加入到压电陶瓷中。
添加物的不同,起到的改性效果也不同。
例如,有的起到的效果是提高弹性柔顺常数、降低机械品质因数、提高介电常数、增大介电损耗、提高平面机电耦合系数、降低矫顽场、提高电阻率等,即陶瓷变得比以前要“软”了,相应的添加物称为软性添加物。
与之相对应的是硬性添加物,使得陶瓷往“硬”的方面转化,结果是介电损耗降低、矫顽场增高、机械品质因数提高、平面机电耦合系数有所降低、电阻率变小等。
工艺改性包括热处理技术包括热压烧结、热锻法等和基于粉体制备的晶粒定向技术包括模板晶粒生长法、溶盐合成法、多层品粒生长技术、定向凝固法。
一般来说,干压成型的陶瓷样品中难免会有气孔的存在,再加上粘合剂在烧结时需要排出气体也在一定程度上增加了气孔的数量,这些都在一定程度上影响了陶瓷的致密性。
要减小或消除气孔带来的影响,有效的措施是在外加压力下进行烧结,即所谓的热压烧结。
该方法有以下优点:
提高材料的密度,控制晶粒增长,有利于颗粒之间的接触和扩散效应从而显著降低烧成温度,不用粘合剂以减少陶瓷中的气孔,可以实现晶粒的择优取向。
热锻法是将样品先经过一段时间的普通烧结后,在样品上加上单轴压力,并且保持一段时间。
压电陶瓷的制造过程包括配料、混合、预烧、粉碎、成型、排塑、烧结、被电极、极化、测试。
混合:
压电陶瓷坯体中的各种组分应到非常均匀地分布,这就要求将原料以及预烧后粉碎的料块混合均匀。
通常说来,大多数的陶瓷是属于固溶体,如果均匀性不好,则压电和介电性质一般会受到损害。
混合的工作通常是在球磨机里完成的,样品采用的尼龙罐里面放有数量适合、大小不等的二氧化锆球。
将原料放入球磨罐中,加入适量的无水酒精,球磨机以每分钟220转的速度工作十二小时,以使料粉充分均匀并达到制作陶瓷坯体所需的细度。
预烧:
将球磨后的料粉烘干然后将其压成陶瓷坯体,进入预烧阶段。
这种化学反应以低于反应物溶点的温度通过原料各原子或离子之间的扩散完成,称为固相反应。
固相反应可以达到以下目的:
除去原料中所含的结合水、碳酸盐中的二氧化碳和可挥发的杂质;使组成成分中的氧化物发生热化学反应而形成所希望得到的固溶体。
生产上,常将原料混合后压块后再预烧,目的是使原料紧密接触,原子扩散较容易,化学反应较充分。
预烧后的大块要进行粉碎以便成型和烧结成实验样品。
预烧后的大块先在研钵中粉碎,进行二次球磨。
粉碎:
粉碎即是陶瓷坯体锻烧后的研磨和混合,可以对最初的不良混合进行部分的补救。
通常选用硬度比较大的玛瑙研钵和研棒,在研磨过程中不会由于研钵和研棒的损害而给料粉造成污染。
研磨可以使材料原来的不均匀性或由锻烧产生的不均匀性得到改善。
粉碎之后进行二次球磨与第一次球磨条件相同。
造粒、成型:
在原料成为所需要的小圆片之前需要经过造粒过程,目的是使粉料形成高密度的流动性好的颗粒。
用分样筛筛选料粉并采用传统的干压成型工艺将料粉压制成厚度为2mm、直径13mm的陶瓷小坯体。
在用此工艺制造陶瓷样品时,为了使料粉有较好的成型效果,需要在粉料中加入约占料粉重量5%的粘合剂。
符合使用需求的粘合剂应当是完全或几乎完全有机的,只有这样它们才能够被烧去同时又不会改变坯体的组成成分。
所采用的粘合剂是实验室自制的聚乙烯醇(PVA)粘合剂。
具体制作方法为:
按照一定的比例的质量比将聚乙稀醇加入到蒸馏水中,以90℃左右的水浴进行加热,不断搅样至聚乙烯醇全部融化,冷却后加入2-3%甘油左右即可。
排塑:
对于不含或者是含有很少粘合剂的陶瓷坯体,可以不经过排塑程序而直接烧成,但是对于压电陶瓷、铁电陶瓷来说,排塑程序是很有必要的。
原因是高温烧结过程中粘合剂会分解形成大量一氧化碳等还原性很强的气体,从而导致陶瓷样品的性能有一定的恶化结果。
200-500℃为粘合剂的集中挥发阶段,可以排除大部分有机物。
烧结:
在高温下,陶瓷坯体固体颗粒会发生相互键联、晶粒长大、空隙(气孔)和晶面逐渐减少的现象,并且在此过程中通过物质的传递,陶瓷坯体总体积收缩、密度增加,最后成为具有某种显微结构的致密多晶烧结体,这种现象即为烧结。
不同的压电陶瓷,烧结温度也不同,如钛酸钡在1350-1450℃范围内烧熟,加热过程中的还原阶段可以把硫烧掉;锆钛酸铅坯体的典型烧结成瓷范围为1200-1300℃;偏铌酸铅大约在1300℃烧结成瓷。
被电极:
被电极是在烧结过的陶瓷坯体上设置一层金属薄膜,通常选用银、金等。
实验样品采用的被电极的方法是烧渗银法。
采用糊状的银浆,加之低于银熔点的温度,使银浆与陶瓷的表面形成比较牢固而密实的导电层。
被电极过程要求银电极非常薄,并且能很好的附着在陶瓷坯体上,否则银电极和陶瓷坯体之间的空隙就容易成为一系列的低值电容。
如果涂的银浆过厚并且不均匀,可能会出现鱼鳞状的银电极,这些情况都在一定程度成为样品达不到饱和极化的原因,进而也无法正确地表征陶瓷样品的性质。
极化,测量:
极化是将强电场施加到有电极的陶瓷坯体上的一个过程,该过程的作用是可以使陶瓷样品中的杂乱无序的自发极化产生朝某一方向的排列,即定向排列。
陶瓷样品经过极化,才能将其存在的压电性能激发出来,因此充分有效的极化过程对于陶瓷样品下一步的性能测量工作来说是很重要的。
由于空气的击穿强度低,而所施加的电压比较高,所以为了保证极化的顺利进行,选择在绝缘性比较好的硅油中进行。
将极化后的样品放置24小时后,要进行相关参数的测量,包括压电常数、介电常数、介电损耗、谐振频率等。
介电损耗tgᵹ:
给压电元件通以交变电压使其工作一段时间之后都会发热,而这部分热量就是由压电元件消耗的电能转化来的,是不能用于工作的一部分损耗,在单位时间内所消耗的这部分电能,称之为介电损耗。
介电损耗是电介质材料的重要品质指标之一,介电损耗越大,材料的性能就越差。
在压电陶瓷中,影响介电损耗的因素主要有以下几个方面:
1.所施加的电压发生变化时,陶瓷内的极化状态要随之发生变化,但是却滞后于电压的变化,就会引起介电损耗。
2.陶瓷内存在漏电流进而引起介电损耗。
3.由于生产工艺不够完善使得陶瓷结构不均勻而引起介电损耗。
弹性性质:
在外力作用下,物体会发生形变。
如果外力撤销后,物体不能恢复原状,这种性质就被称为物体的塑性;如果外力撤销后,物体能恢复原状,这种性质就被称为物体的弹性。
当外力在一定的范围内,大部分晶体都具有弹性,是弹性介质。
弹性性质反映物体对外力的形变及恢复能力。
应变和应力通常用S和T表示,在弹性范围内,应变和应力的关系可以用S=sT,T=cS来表示,其中s和c分别表示为弹性柔顺系数和弹性刚度系数。
样品居里温度Tc的测量按GB3389.2-82进行,其值根据电容一温度关系曲线的峰值确定。
利用HP4294精密阻抗分析仪,精密加热控温炉和自动测试系统,测出样品的介电温谱曲线,相对介电常数最大值相对应的温度即为居里温度Tc。
铋层状结构化合物是一类重要的无铅压电材料,它具有以下特点:
介电击穿强度大,居里温度高,烧结温度低,电阻率高,介电常数低,老化率低。
鉴于以上原因,铋层状结构陶瓷材料在滤波器、能量转换器、高温和高频领域有着广泛的应用前景。
2.高温铋层状结构Na0.5Bi4.5Ti4O15压电陶瓷研究
掺杂可以提高铋层状结构材料的压电性能,但压电性能提高的同时,居里温度往往会有所降低。
对于铋层状结构材料的掺杂改性主要为A位、B位掺杂,以及A、B位同时掺杂改性。
A位掺杂中,镧系稀土元素是铋层状结构材料中最常用和有效地掺杂元素。
镧系稀土元素能不同程度的提高的Bi4Ti3O12铁电性能,并且改善其抗极化反转疲劳的能力。
对镧系元素掺杂改性的机理,一般认为是取代了易挥发的Bi,减少了氧空位的产生。
B位改性掺杂主要是通过高价离子如V5+、W5+的掺杂来抑制Bi的挥发,降低铋空位从而抑制氧空位的产生,减弱畴钉扎,提高剩余极化强度。
研究表明,掺杂V5+的氧空位浓度远低于未掺杂的BTO中氧空位浓度,从而降低了畴钉扎,提高了剩余极化强度。
当B位Ti被Nb取代后,也导致晶格常数和Tc的减小。
但是随着位取代量增大,变化幅度低于A位取代的情况,这主要是因为B位离子半径相差不大,使得B位取代改性没有A位取代改性明显。
A、B位同时掺杂的主要目的是通过A位掺杂来提高抗疲劳特性,同时适当降低居里温度,通过B位离子的取代来提高剩余极化强度。
铁电性能的测量
铁电体最基本的特性是:
它的自发极化可以在外加电场作用下转向。
因此,判断某种材料是否是铁电体,也就是说是否真正具有铁电性,就取决于能否观察到一个真正的D-E电滞回线。
通过电滞回线,还可以测定铁电体的剩余极化强度Pr、自发极化强度Ps以及矫顽场Ec。
在居里点以下或在某一温度范围内,铁电体的正负电荷的中心一般不重合,因而构成电偶极矩。
在外加可达到的电场下,沿180℃或沿其它不连续的方向,这种偶极矩是可以转向的。
每次电场反转时,为了使得处于亚稳态的电偶极矩转向,都需要能量从而引起滞后。
压电常数d33的测量:
压电常数是压电材料所特有的一种参数,它反映材料的机械能与电能之间的耦合效应。
用静态方法可以直接测定压电常数d33。
所谓静态方法,将试样连接到一个高质量大容量的电容器上(符合边界条件要求,保持较低的几乎不变的电场),施加一个作用力F3,用灵敏的静电计测量并联电容器的电荷Q3,即可求得d33的量值。
计算公式d33=Q3/F3。
3铋层状压电陶瓷的结构与电性能研究
BIT是铋层状结构化合物中的特例,温度低Tc(~675℃)时,对称性属于单斜晶系点群m,呈铁电相;温度高于Tc时,则为四方晶系,呈顺电相。
该化合物具有高的自发极化强度Pr和低的矫顽场Ec。
BIT与常用的铅基类材料相比,具有低介电常数、低介电损耗、高Tc和无铅污染等优点,因而得到广泛的重视。
利用其低介电性能,可制备成各种传感器、压电换能器、高温压电装置和驱动装置等;利用其在a轴和b轴方向有较高的残余极化,可作为存储器的优选材料之一。
复合铋层状结构压电陶瓷是指将不同的铋层状结构化合物按照一定的复合规则进行组合而成,其性能明显优于单一结构陶瓷。
强铁电体与强铁电体形成的复合体系,如(SrBi4Ti4O15)x(BaBi4Ti4O15)1-x陶瓷,其d33显著提高;特别是强铁电体与非强铁电体形成的复合体系,如(SrBi2Ta2O9)x(SrBi2Nb2O9)1-x陶瓷,具有十分优异的压电性能;而非强铁电体与非强铁电体所形成的复合体系的d33最低。
铋层状结构压电陶瓷的性能及机理研究:
铋层状结构压电陶瓷因其优异的性能:
居里温度高、介电常数与介电损耗低、电阻率高、介电击穿强度高、自发极化强(如Bi4Ti3O12的自发极化强度约50μC/cm2)、机械品质因数高(2000~7200)、厚度机电耦合系数较小、机电耦合系数各向异性明显、压电性能稳定、谐振频率的时间和温度稳定性好、低老化率等特点而得到广泛研究。
然而,该材料的Ec大,压电性低。
压电性能:
与传统钙钛矿型压电陶瓷相比,铋层状结构压电陶瓷的压电性能较低,一个原因是铋层状陶瓷的两维结构限制了本身自发极化的旋转,而钙钛矿型材料三维都容许其自发极化的旋转,从而铋层状陶瓷的晶粒对称性较差,难以通过极化得到令人满意的Pr;另一个原因是加大极化电场时铋层状陶瓷电阻率较小,且在高温时,一些铋层状陶瓷己接近于半导体,导致极化过程不易顺利进行。
虽然通过一些特殊工艺方法处理后,陶瓷能具有较高的d33,可成本耗费大。
此外,由于受层状的结构特征的影响,铋层状结构压电单晶或织构多晶的物理性质具有显著的各向异性,其自发极化主要沿a轴方向,而沿c轴方向测得的极化为零或是小到可以忽略。
铋层状结构压电陶瓷的改性方法:
模板晶粒生长法(TGG)是一种无需加压的晶粒定向生长技术,主要以材料的颗粒形貌为基础。
先制备具有一定取向的模板晶粒,再将其分散到基体中,通过外加的驱动力(机械力,磁场或加热等)形成具有一定纹理的织构化结构。
常用的方法是给料浆或基体一个剪切力,再用热铸法、流延法、热压法使模板定向排列。
影响TGG法因素主要有以下几种:
密度、均匀度、基体颗粒的粒度数目和大小(如细晶粒能够提供驱动力)、基体和模板界面相匹配、模板颗粒(或单晶)的稳定性、晶界迁移的机理(表面能、动力学、模板晶粒生长速度及是否存在液相等)、模板在基体材料中生长速度、籽晶和基体材料均匀接触等。
熔盐法是指加入适量助熔剂,在高温时从熔液中生长晶体的方法,它能在一定程度上控制粉体颗粒的形貌,得到具有一定取向晶粒的粉体。
该法和传统固相合成法相比,降低了合成温度,且缩短了反应时间,适合用于制备TGG法中的模板晶粒。
在熔盐法中,碳酸盐、硫酸盐和氯化物起熔剂和反应介质的作用。
另外,粉体颗粒形貌和反应物与盐之间的界面能和表面能有关,则颗粒形貌的控制与盐的选择有很大关系。
熔盐法中所用的盐应具备基本要求:
首先熔点低,适合合成相的生成;其次盐的可溶性要保证反应后易洗掉;再次有好的化学稳定性,不与反应物发生不良的化学反应。
有学者发现熔盐法合成的片状晶体在烧成后具有明显的各向异性。
热铸法指在陶瓷烧结过程中控制晶体结构的一种工艺方法,可以使陶瓷表现出各向异性的性质,其试样的塑性变形能力比热压法的更好,对于对称性较差又具有较强各向异性的陶瓷材料(如铋层状结构压电陶瓷和钨青铜型陶瓷)很有优势。
热锻法,热压法是高温下充分利用晶粒内部位错的运动和晶界的滑移来实现陶瓷晶粒的定向排列,从而提高材料在某一方向上的压电性能的工艺方法。
相比而言,对于某些铋层状结构压电陶瓷来说,热锻改性效果较为明显,很适合实验室工作,它是先将样品经过一段时间的普通烧结后,再在样品上加上单轴压力并保持一段时间。
铋层状结构压电陶瓷材料具有很多优越的性能:
(1)居里温度高、介电常数低、自发极化强、矫顽场高及机械品质因数高,可应用于制作高温高频及超声技术领域器件的压电陶瓷材料;
(2)介电损耗低,厚度机电耦合系数较小,故可应用于制作高频窄带滤波器的材料;(3)压电性能稳定、谐振频率的温度和时间稳定性好,则适合应用于制作高温能量转换领域的器件材料。
因此,铋层状压电材料能作为替代传统铅基压电材料在滤波器、能量转换,铁电储存器的记忆材料,及高温、高频等领域的候选物之一。
压电陶瓷主要性能参数如下。
弹性性质:
弹性常数C和S;介电性质:
介电常数ε﹑介电损耗tanδ和居里温度Tc;机电性质:
机械品质因数Qm﹑机电耦合系数k和频率常数N;压电性质:
压电常数d﹑g﹑e和h;铁电性质:
饱和极化强度(PSA)、剩余极化强度(Pr)和矫顽场(Ec)(Pr是晶体极化后外电场为零时所具有的极化强度。
Ec是使已极化晶体的极化强度重新回到零所需加的外电场值);还有电导率σ﹑老化性能和温度性能有关的常数。
4高温铋层状结构SrBi4Ti4O15压电陶瓷的性能及温度稳性研究
铋层状结构铁电体的铁电性主要来源于铋氧层(Bi2O2)2+之间的类钙钛矿层中的B位阳离子的偏移、氧八面体沿c轴的倾侧以及八面体在a-b面内的旋转,但是由于其自发极化的旋转受到晶体结构的限制,只能在a-b二维平面内转动,使得铋层状结构铁电材料难以极化,压电活性较低。
目前,对铋层状结构铁电体在高温压电方面的研究主要是:
在维持高居里温度的前提下,通过提高烧结密度、增加电阻率、提高剩余极化、降低矫顽场等手段来提高其压电活性。
铋层状结构铁电体普遍具有很高的居里温度,高于室温环境温度下其铁电性能依然稳定,因而铋层状结构铁电体可以作为高温压电材料。
与传统的PZT材料相比较,铋层状结构铁电体有两个缺点,一是铋层状结构铁电体的压电性能如d33等数值较低,二是矫顽场大,难以极化。
铋层状结构铁电体的晶粒对称性较差,通过传统方法制备的铋层状结构压电陶瓷很难获得足够大的剩余极化,并且压电活性低,为了解决这个问题,我们需要提高秘层状结构材料的压电性能。
选取原料是要注意原料的纯度、细度以及原料的活性。
高纯度的原料有利于提高产品的质量,很多时候,原料纯度会成为影响样品性能的主要因素。
片面的追求纯度也不可行,高纯的原料价格昂贵,并且往往烧结温度较高,相反,纯度略低的原料价格低廉,一般烧结的温度较低,选择合适的制备工艺仍然可以生产出性能优良的产品。
配料中用量大的原料如果纯度较低,则引入的杂质总量就大,用量小的原料,即使纯度略低,也不至于引入较多的杂质。
所以用量大的原料,其纯度相对于用量较小的原料更加重要。
为了使固相反应能够顺利进行,对原料的颗粒度有很高的要求,一般不超过2µm,取代量少的添加物,其细度尤为重要,否则将会影响陶瓷的均匀性。
原料中原子扩散并参加化学反应的难易程度用原料活性来表征。
制备压电陶瓷的原料一般选取氧化物和碳酸盐,碱土金属元素一般选用其碳酸盐作为原料,因为碳酸盐预烧分解产生的氧化物具有更好的化学反应活性。
影响固相反应的主要因素有:
预烧温度和保温时间、原料的活性和颗粒度的大小、混料与压块。
温度越高,原子的热运动能量越大,原子之间的扩散速度也增大,固相反应也就也快速。
保温时间越长,原子的扩散距离也就越长,生成物也就越多。
一般情况下,提高预烧温度较延长保温时间的作用要大,但是过高的预烧温度会导致粉碎困难,二次球磨不能达到较细的颗粒度,不利于烧结。
原料颗粒大,说明同一类的原子集中在一起的数量和区域都大,这样原子的扩散路程长,固相反应的速率就小,原料的颗粒小,说明同类原子集中在一起的数量和区域相对都小,这样原子的扩散路程短,固相反应的速率就大。
因此要求原料的颗粒要细,一般不要超过2µm。
制备时,通常将混合后的料压块后再预烧,目的是是原料能紧密接触,这样原子的扩散比较容易,化学反应比较充分。
如果不压块预烧,可能会因为化学反应不充分而影响到预烧的质量,烧粉的温度比烧块的温度高很多。
烧成是将排塑后的样品在合适的温度下煅烧,使得样品发生体积收縮,强度增加,密度提高的过程。
烧成过程中发生的反应是一种化学反应。
烧成的过程机制是料粉中的原子的扩散运动。
烧成前后样品内部的结合情况有本质的不同,烧成之前是粉末的结合,烧成后是晶粒之前的结合。
烧成前的样品是粉末压成的素坯,每颗粉末中包含很多细小的晶粒,在粉碎成型的过程中,这些晶粒的晶格由于发生了畸变,所以内应力很高,当处于高温时,依靠原子的扩散运动,晶格畸变减少,内应力得以消除。
这个过程在温度较低时就可以实现,而晶粒的长大在高温时才比较明显。
晶粒长大主要是借助原子扩散来实现,因此在一定条件下,烧成温度越高,保温时间越长,晶粒也就长的越大。
通常情况下,烧成温度适当的样品,收缩率约10%在左右,样品之间不粘结,折断后,断面均匀致密,平坦有光泽。
断面有光泽表明晶粒的折断面发生在晶粒的内部而不是在晶粒的边界上,出现这种断面表明晶粒见的结合很紧密,很牢固。
烧成温度低的样品,收缩率小,密度低,容易折断,断面粗糖。
烧成温度高的样品,收缩率大,出现变形及粘结的现象。
合理的选择极化的条件,包括极化电场、极化温度和极化时间
极化电场越高,促使电畴取向排列的作用也就越大,极化也就越完善。
极化电场必须大于样品的矫顽场,一般取略低于击穿值的电场为极化电场。
极化温度高时,电畴的取向排列较为容易,矫顽场也会随温度的升高而降低,极化效果较好。
对于高居里点难极化的压电陶瓷可以选择提高极化的温度,适当延长极化时间。
X射线衍射分析是利用晶体对X射线的衍射,来分析物质内部原子空间分布状况的方法。
将具有一定波长的X射线照射到样品上,X射线遇到多晶内部规则排列的原子结构而发生散射,形成特征图谱。
衍射的X射线满足布拉格方程:
2dSinθ=nλ;(λ为X射线的波长,θ为衍射角,d为晶面间隔,n为整数)通过分析衍射的特征图谱,使用Jade软件将衍射图谱与标准的X射线粉末衍射PDF卡对比,来确定测试样品的晶格结构。
在提高铅基压电材料压电特性的研究中,Ce通常作为有效的取代离子来提高PZT等压电材料的压电活性,而且Ce—般会提高材料的电阻率,降低材料的损耗,因此Ce的引入可以提高极化电场,降低漏电流,充分发挥材料潜在的压电性能。
与传统的钙钛矿结构压电材料相比,铋层状结构压电材料在晶体结构上比较特殊。
由于(Bi2O2)2+层的存在,铋层状结构材料可以作为一种超晶格结构。
(Bi2O2)2+层对材料性能有很大的贡献,材料中由于氧空位等缺陷导致的空间电荷可以汇聚在此处,减少了畴壁位置、电极接触面上的电荷量,改善了材料的抗疲劳性能。
(Bi2O2)2+层的存在还能够提高材料的电阻率,铋层状结构材料在C轴方向上的电阻率比在a轴和b轴方向上高1-2倍。
5铋层状无铅压电陶瓷的研究进展(期刊)
制备工艺改性
传统陶瓷制作工艺制备的铋层状结构无铅压电陶瓷材料,其陶瓷密度与压电活性较低,矫顽场高.人们希望通过新的陶瓷制备工艺(热处理技术和基于粉体制备的晶粒定向技术)来控制其晶体结构,使晶粒取向择优排列,从而使材料在某一方向具有所需的最佳性能。
粉体制备技术.粉体的制备是原材料的准备阶段,它的性能直接影响陶瓷的组成与结构,进而影响材料的性能.纳米粉体烧结时可以降低烧结温度、提高陶瓷材料的致密度,有助于提高压电陶瓷的性能.制备铋层状陶瓷粉体方法有熔盐法、溶胶-凝胶法(Sol-gel)等。
熔盐法是在一定程度上能控制粉体颗粒的形状,得到有一定取向晶粒的粉体合成方法.有学者利用熔盐法制备粉体,烧成后陶瓷的各向异性明显.熔盐法中的反应为固液反应,这是由于低熔点盐作为反应介质,合成过程中会出现液相,部分反应物在液相中溶解,大大提高了离子的扩散速率,这就使得反应更易进行.熔盐法与传统的固相法相比,具有合成温度低、保温时间短、工艺简单易操作、制备的材料化学成分均匀等优点。
模板晶粒生长法.模板晶粒生长(templatedgraingrowth,TGG)技术是依赖于定向排布晶种在细小基体粉体中的反应和优先生长实现晶粒定向排布的.模板晶体生长法利用局部规整反应制得晶粒取向度高的陶瓷,它是以陶瓷粉体的颗粒为基础,通常要求粉体形貌具有明显的各向异性,如晶须状或片状.制备过程中首先采用流延或挤塑法使各向异性的粉体在素胚中定向排列,最后通过烧结得到织构化的陶瓷.采用该技术在1300℃烧结制得织构化SrBi2Nb2O9陶瓷,可使其晶粒取向度达86%。
6高温铋层状结构压电陶瓷的电学性能研究
对于某些无对称中心的电介质晶体,当其受到压应力、拉应力或切应力作用时,除了出现对应的应变外,还在晶体中诱发介电极化,从而使晶体两表面出现电性相反的束缚电荷,其电荷面密度与外力成正比。
这种在没有外电场的作用,而是由于机械应力导致电介质晶体发生极化并在;表面形成电荷的现象称为压电效应。
材料产生压电效应的条件是其原子,离子或分子晶体必须具有不对称中心。
压电效应一种机电耦合效应,能够实现机械能转为电能的效应称为正压电效应。
相反,将一块压电晶体放在外电场中,因为外电场的作用引起品体内部正负电荷車心的偏移,从而导致晶体发生形变,这种现象称为逆压电效应。
压电效应包括以上两种效应,具有压电效应的材料称为压电材料。
无铅压电陶瓷,又称为环境协调型压电陶瓷,是指不含铅元素且具有优异的使用性能和良好的环境协调性压电陶瓷。
迄今为止,广泛研究的无铅压电陶瓷主要包含以下三个系列:
铌酸盐系列陶瓷、含铋层状结构陶瓷和钛酸盐系列陶瓷。
铌酸盐系列陶瓷主要有两大类:
碱金属钙钛矿结构铌酸盐和钨青铜结构铌酸盐陶瓷。
碱金属铌酸盐有较强的铁
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