1、氧化銅摻雜鈦酸鋇無鉛壓電陶瓷的制備,實 驗 者： 所 屬 系 所: 材料學(xué)院 無機非金屬材料工程專業(yè) 指 導(dǎo) 教 師:,第一章 壓電材料簡介,壓電材料應(yīng)用 壓電材料是實現(xiàn)機械能與電能相互轉(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. 問題與發(fā)展,

2、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,所用儀器,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)

3、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?；圃龆?，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：4.031 標(biāo)準(zhǔn)a值平均值：4.032,結(jié)果分析,由圖可知，在XRD圖譜

4、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。,結(jié)果分析,由于實驗儀器測試精度的限制, 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

5、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下基礎(chǔ)。但實驗中也暴露出一些問題：對專業(yè)知識掌握不