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铋层状结构无铅压电陶瓷具有低介电常数,高居里温度,低老化率,大的介电击穿强度,机械品质因数高,机电耦合各向异性大等特点,在高温、高频领域有广泛的应用前景,近年来得到广泛研究。然而铋层状结构化合物其自身的晶体结构决定其压电活性较低,不易得到性能良好的压电陶瓷。
为了提高铋层状压电陶瓷的活性,通常采用掺杂取代改性和基于特殊工艺的模板晶粒定向技术(TGG)。晶粒定向技术是通过工艺控制,使无规则取向的模板晶粒定向排列,得到具有类似单晶性能的陶瓷。SrBi2Nb2O9属于铋层状结构无铅压电陶瓷,在非挥发性铁电随机存取存储器(NVFRAM)中有广泛的应用前景。本论文拟采用SrBi2Nb2O9为研究材料,用固相反应法、熔盐法和水热法三种不同的工艺制备粉体,研究不同的制备工艺对SrBi2Nb2O9陶瓷相结构和显微结构的影响。同时,采用熔盐法合成粉体作为模板,采用模板晶粒生长法获得具有各向异性晶粒定向排列的SrBi2Nb2O9陶瓷。
采用固相法和熔盐法(KCl、KCl-NaCl作为熔盐)在800℃-1150℃合成SrBi2Nb2O9陶瓷粉体。X射线衍射(XRD)分析表明,采用固相法和熔盐法均合成单相SrBi2Nb2O9陶瓷粉体,熔盐法合成的粉体在(001)方向出现了明显的优先定向生长趋势。SEM扫描分析发现,熔盐法合成的粉体呈各向异性片状结构,KCl-NaCl作为熔盐合成粉体的尺寸大于用KCl作为熔盐的粉体尺寸。随着合成温度的提高和保温时间的延长,所得粉体的尺寸增大;KCl-NaCl作为熔盐,熔盐与原料的质量比小于1时,所得粉体的尺寸随所用熔盐量的增加而增大。而采用固相反应法合成的SrBi2Nb2O9陶瓷粉体在较低温度时呈不规则的团絮状,随着合成温度的升高和保温时间的延长,粉体形貌有向片状生长的趋势。
用固相法和熔盐法(KCl作为熔盐)合成的粉体按照固相反应法的流程制备陶瓷试样,烧结成陶瓷。结果表明,熔盐法所得陶瓷的烧结致密度要小于采用固相反应法,其介电性能相差不大。
采用与合成SrBi2Nb2O9陶瓷粉体相同的氧化物原料,950℃熔盐法(KCl-NaCl)合成的各向异性片状SrBi2Nb0O9陶瓷粉体作为模板,采用流延成型工艺制备、干燥、烧结出晶粒定向排布的织构化SrBi2Nb2O9陶瓷,其烧结体密度ρ达到6.80g/cm3,为理论密度的93.65%;晶粒取向度f可达85.51%。
采用水热法在不同的温度下和不同的矿化剂浓度条件下合成陶瓷粉体。结果表明,在所采用的条件下还不能得到纯净的SrBi2Nb2O9陶瓷粉体,所得粉体粒度非常小。