氧化銅摻雜鈦酸鋇無鉛壓電陶瓷的制備

1、實實 驗驗 者者：所所 屬屬 系系 所所: : 材料學(xué)院材料學(xué)院 無機(jī)非金屬材料工程專業(yè)無機(jī)非金屬材料工程專業(yè)指指 導(dǎo)導(dǎo) 教教 師師: :第一章 壓電材料簡介1.壓電材料應(yīng)用 壓電材料是實現(xiàn)機(jī)械能與電能相互轉(zhuǎn)換的一類功能材料,在諧振器，濾波器，驅(qū)動器，傳感器，超聲換能器等各種電子元器件方面有著廣泛的應(yīng)用。目前實用化的壓電材料中,廣泛使用的是鋯鈦酸鉛(Pb(Zr,Ti)03,簡稱PZT)基陶瓷材料 。壓電顯示屏：美國大眾機(jī)械網(wǎng)評選的2010年最前沿的十大科學(xué)技術(shù)之一 （潛用于手機(jī)屏幕）壓電晶體材料：成都菁華三才科技有限責(zé)任公司各種規(guī)格微孔霧化片 PZT超聲壓電陶瓷片（通訊 雷達(dá) 聲吶 爆破）2.

2、 問題與發(fā)展1. PZT的制備原料中有大量的含鉛氧化物,在生產(chǎn)使用和廢棄后處理的過程中都會對環(huán)境帶來嚴(yán)重影響 。2. 所以,發(fā)展環(huán)境友好型無鉛壓電陶瓷是一項重要的研究課題。 BaTIO基陶瓷材料是一類重要的無鉛壓電陶瓷。3. 通常制備的BaTIO基陶瓷材料壓電活性太低，需要改進(jìn)。 第二章 實驗 本實驗向鈦酸鋇粉體中摻雜1%氧化銅，利用通常生產(chǎn)電子陶瓷的工藝制備了BaTIO3陶瓷，并對其收縮率，相對密度，介電性能進(jìn)行測試。1.實驗內(nèi)容造粒成型排膠燒結(jié) 極化 性能測試：收縮率 相對密度 d33 介電損耗 介電常數(shù)2.實驗儀器、試劑藥品名稱 分子式純度生產(chǎn)廠家鈦酸鋇BaTiO3BT-150上海典楊實

3、業(yè)有限公司氧化銅CuO分析純沈陽市新西試劑廠聚乙烯醇 -聚合度1750天津大茂化試劑廠無水乙醇C2H5OH分析純天津市大茂化學(xué)試劑廠銀漿Ag濃度73.2%上海正銀電子材料有限公司所用儀器實驗儀器儀器型號儀器廠家臺式粉末壓片機(jī)FYD-40-A天津市思創(chuàng)精實科技發(fā)展有限公司箱式電阻爐SX2-4-13濟(jì)南精密科學(xué)儀器儀表有限公司真空干燥箱GZX-9146 MBBE上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠電子天平 JA3003J上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司密度天平JA3003J上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司XRD衍射儀TD-3500丹東通達(dá)科技有限公司研磨拋光機(jī)PG-1上海金相機(jī)械設(shè)備有限公司壓電性能測試儀ZJ-

4、4AN中國科學(xué)院聲學(xué)研究所第三章 結(jié)果與討論1.相對密度-溫度圖結(jié)果分析 燒結(jié)的樣品相對密度基本保持不變 ，密度值均已接近理論密度，且在1080基本相同。這表明，1%CuO摻雜后的陶瓷樣品均已燒結(jié)成瓷，與傳統(tǒng)燒結(jié)溫度相比（1350-1450）燒結(jié)溫度有所下降。在BaTiO3陶瓷中CuO起到了提高陶瓷致密度和降低燒結(jié)溫度的作用。2. 收縮率-溫度圖結(jié)果分析 陶瓷收縮率隨溫度的增加而增加。 隨著燒結(jié)溫度的升高，陶瓷顆粒滑移增多，逐漸填充大的氣孔，引起晶界的滑移。陶瓷氣孔率降低逐漸致密，體積減小，收縮率不斷增大。從而說明氧化銅可以降低燒結(jié)溫度，起到了作為一種助燒劑的作用 3.XRD圖實驗a值平均值：

5、4.031 標(biāo)準(zhǔn)a值平均值：4.032 實驗d值4.0392.8492.3272.0151.8021.644標(biāo)準(zhǔn)d值4.042.852.3282.0161.8031.644實驗a值4.0394.0294.034.034.0294.027標(biāo)準(zhǔn)a值4.044.0314.0324.0324.0324.027結(jié)果分析 由圖可知，在XRD圖譜中沒有發(fā)現(xiàn)第二相，BaTiO3衍射峰比照標(biāo)準(zhǔn)PDF沿2-theta增大方向略有偏移。 CuO在BaTiO3中有兩種存在可能:一種情況是Cu2+進(jìn)入了晶格,另一種是CuO作為第二相在晶界處析出。對于本實驗BTO一Cu0.01 陶瓷,CuO的摻雜量較小。 由于實驗儀器測

6、試精度的限制, XRD中未檢測出CuO的存在，不能確定Cu2+是否進(jìn)入了晶格以及是否存在游離的CuO。 從表中可以看出，隨著CuO摻雜量增加,晶格常數(shù)a值、d值均變小。原因是CuO進(jìn)入BaTiO3晶格內(nèi),形成固溶體,晶 胞體積減小。4. 介電性能介電性能介電性能 d33實驗值17.0pC/N結(jié)果分析 本實驗所測介電性能普遍偏小，原因可以歸因于相變溫度To一T較大幅度的降低和CuO在晶界處的析出。盡管還需要進(jìn)一步的詳細(xì)研究,不過可以確認(rèn)的是相變溫度To一T的降低是與晶格結(jié)構(gòu)的變化密切相關(guān)的。另外,晶界處的CuO第二相可能會對電疇產(chǎn)生釘扎效應(yīng),阻礙電疇轉(zhuǎn)向,從而導(dǎo)致電疇對外加的電信號或應(yīng)力信號的響應(yīng)不敏感.此外，,其較高的密度和均勻的晶粒尺寸分布可能起了重要作用。5.結(jié)論 1. 隨著溫度的不斷升高，陶瓷各性能變化趨勢各不相同，在1080時，相對密度達(dá)到最大值99.40%，之后不斷下降。收縮率與溫度變化趨勢相反。 2. 隨著頻率對數(shù)不斷增加，陶瓷介電常數(shù)不斷減小，介電損耗在0時達(dá)到最小值0.01323，之后不斷增加。第四章 實驗后感想 該實驗不但提升了我們的實驗動手能力，豐富了對先進(jìn)陶瓷相關(guān)知識的了解，還加深了對科學(xué)實驗的認(rèn)識，促進(jìn)了理論與實踐的結(jié)合。是對以往專業(yè)知識的檢驗，也為日后的實驗工作打