1、1,Bi(Zn0.5Ti0.5)O3陶瓷的結(jié)構(gòu)、介電和鐵電性能 班 級(jí)： 材料工程0801 姓 名： 陳 龍 濤 指導(dǎo)老師： 云 斯 寧,2,為什么研究鈦酸鋅鉍陶瓷,目 錄,本次課程設(shè)計(jì)（論文）應(yīng)達(dá)到的目的,要求及內(nèi)容,固相合成法,1,2,3,4,5,6,7,要實(shí)驗(yàn)方案 結(jié)果預(yù)測(cè) 致 謝,3,一、為什么研究鈦酸鋅鉍陶瓷 傳統(tǒng)的壓電陶瓷材料中應(yīng)用最廣泛、最成熟的是Pb(ZrTi)O3（簡(jiǎn)寫為PZT）基陶瓷材料，但PZT 陶瓷的主要成分是PbO，而PbO 是一種易揮發(fā)的有毒物質(zhì)，因此該壓電陶瓷產(chǎn)品在制備、使用及廢棄后的處理過(guò)程中不可避免地會(huì)引起鉛污染環(huán)境的問(wèn)題，這不僅與日益高漲的環(huán)境保護(hù)要求背道而

2、馳，而且也影響到制備工藝和產(chǎn)品性能的穩(wěn)定性，隨著世界各國(guó)對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視,4,勢(shì)必采用無(wú)鉛的壓電材料來(lái)替代傳統(tǒng)的Pb(ZrTi)O3 基壓電陶瓷材料，以減少環(huán)境污染。因此，壓電陶瓷的無(wú)鉛化就成為壓電陶瓷發(fā)展的必然趨勢(shì)。在無(wú)鉛壓電陶瓷的研究中，具有鉍層狀結(jié)構(gòu)的Bi(Zn0.5Ti0.5)O3陶瓷因其介電常數(shù)和諧振頻率溫度系數(shù)低、機(jī)械品質(zhì)因數(shù)高、老化速率小以及適用于高溫、高頻、高穩(wěn)定性的工作環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)而引起了人們廣泛的關(guān)注。,5,本文以固相合成法合制出片狀Bi(Zn0.5Ti0.5)O3預(yù)燒粉體，對(duì)其進(jìn)行燒結(jié)而獲得Bi(Zn0.5Ti0.5)O3陶瓷，研究了預(yù)燒粉體顆粒的形貌對(duì)Bi(Zn0.5Ti

3、0.5)O3陶瓷結(jié)構(gòu)和電性能的影響。,6,二、本次課程設(shè)計(jì)（論文）應(yīng)達(dá)到的目的： 通過(guò)材料工程科研實(shí)訓(xùn)加深我們對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，提高綜合運(yùn)用知識(shí)的能力；掌握課程查閱、課程設(shè)計(jì)和撰寫論文的步驟和方法；學(xué)會(huì)應(yīng)用有關(guān)資料進(jìn)行課題方案的可行性分析與討論，以提高學(xué)生獨(dú)立分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，逐步增強(qiáng)實(shí)際工程訓(xùn)練。,7,三、要求及內(nèi)容 （1）內(nèi)容: Bi(Zn0.5Ti0.5)O3的固相合成 （2）要求： 1)掌握固相合成機(jī)理與合成方法 2)掌握結(jié)構(gòu)形貌表征的基本方法與手段 3)掌握結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系及所用的實(shí)驗(yàn)手段,8,四、固相合成法 固相合成方法：指那些有固態(tài)物質(zhì)參加的反應(yīng)。也就是說(shuō)，反應(yīng)物必須是固

4、態(tài)物質(zhì)的反應(yīng)，才能稱為固態(tài)反應(yīng)。固相反應(yīng)不適用溶劑，具有高選擇性、高產(chǎn)率、工藝過(guò)程簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，是人們制備新型固體材料的主要手段之一。 固相合成反應(yīng)不需要溶劑,它具有簡(jiǎn)單、方便、無(wú)污染、成本低等優(yōu)點(diǎn)。,9,與液相合成反應(yīng)相比其最大的優(yōu)點(diǎn)就是反應(yīng)充分、無(wú)副反應(yīng)、轉(zhuǎn)化率高，尤其固相反應(yīng)還可以合成一些液相反應(yīng)無(wú)法合成的物質(zhì)。 固相合成又分為三種： （1）高熱固相反應(yīng)：反應(yīng)溫度高于600。傳統(tǒng)固相反應(yīng)通常是指高溫固相反應(yīng)。 （2）中熱固相反應(yīng)：反應(yīng)溫度介于600到100之間 （3）低熱固相反應(yīng)：反應(yīng)溫度降至室溫或接近室溫。,10,五、實(shí)驗(yàn)方案 采用固相合成法合成Bi(Zn0.5Ti0.5)O3陶瓷。用電

5、子天平按Bi(Zn0.5Ti0.5)O3中含鉍、鋅和鈦的物質(zhì)的量比2：1：1稱取氧化鉍（純度99.9%）4.6600g，氧化鋅（純度99.9%)0.4050g,氧化鈦（純度99.9%)0.3994g，并加入無(wú)水乙醇用球磨機(jī)磨10h，使其混合均勻并使顆粒細(xì)化，在750預(yù)熱2h，使原料初步反應(yīng)，預(yù)熱后的粉料烘干后經(jīng)二次球磨，,11,在24MPa下壓成15.0mmx1.5mm的圓片，將原片排膠，當(dāng)爐內(nèi)溫度升至1000時(shí)，將樣品放入內(nèi)，燒結(jié)2h，隨爐冷卻。在進(jìn)行電學(xué)性能測(cè)試前將陶瓷樣品雙面磨平至1mm厚，并鍍上Ag電極。,12,六、結(jié)果預(yù)測(cè) 在本次試驗(yàn)中，對(duì)氧化物經(jīng)750高溫預(yù)燒后得到的粉末進(jìn)行了X射

6、線衍射分析，應(yīng)該可以看出ZnO、Bi2O3和TiO2經(jīng)750高溫預(yù)燒后沒(méi)有發(fā)生相分解而產(chǎn)生新相，而得到具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)Bi(Zn0.5Ti0.5)O3 。用掃描電子顯微鏡可以觀察到樣品在燒結(jié)后的SEM形貌，應(yīng)該可以看出其晶粒較為均勻、瓷體十分致密， 其氣孔相對(duì)較少。,13,本次試驗(yàn)所測(cè)的樣品在常溫下的電滯回線，應(yīng)該是樣品均達(dá)到飽和，電滯回線有良好的矩形度且稱，陶瓷的綜合性能較好，即：有較高的2Pr和較小的2Ec。測(cè)得的介電常數(shù)應(yīng)該較小，因?yàn)樵趻呙桦娮语@微鏡下看到的晶粒較為均勻、瓷體十分致密，其氣孔相對(duì)較少，單位體積內(nèi)的極化能力降低，使介電常較小。,14,致 謝 我在撰寫本論文過(guò)程中，有幸得到博學(xué)多才的的悉心指導(dǎo)和耐心的幫助，因而得以順利的完成課題任務(wù)。通過(guò)這次課題論文設(shè)計(jì)，掌握了固相合成原理和方法，特別是對(duì)陶瓷的結(jié)構(gòu)、介電及鐵電性能有很深