功能陶瓷PPT

BaTiO3基压电陶瓷的研究进展Page2主要内容研究背景研究进展：性能改进发展趋势展望Page3研究背景某些各向异性的晶体，在外力作用下产生变形，使带电粒子发生相对位移，从而在晶体表面出现束缚电荷，这种现象称为压电效应。某些介质在受到机械压力时，会产生压缩或伸长等形状变化，引起介质表面带电，这是正压电效应；反之，施加激励电场，介质产生机械变形，称为逆压电效应；晶体的这种性质称为压电性。具有压电效应的材料称为压电材料。无铅压电陶瓷的直接含义就是不含铅的压电陶瓷。机械能电能正压电效应逆压电效应无铅压电陶瓷Page4研究背景发展无铅压电陶瓷的原因传统的压电陶瓷—PZT(锆钛酸铅）无铅压电陶瓷2006年7月1日，欧盟颁布的《关于在电子电气设备中限制使用某些有害物质指令》开始强制实施，对电子产业无铅化起到了巨大的推动作用。但目前无铅压电陶瓷的电性能没有达到铅基陶瓷的性能,仍然无法替代铅基陶瓷。因此,如何提高无铅压电陶瓷的压电性能,是目前国内外无铅压电陶瓷研究的热点和难点。Page5研究背景钛酸钡基无铅压电陶瓷钛酸钡（BaTiO3）是最早发现有压电性的陶瓷，属于ABO3型钙钛矿结构（如图1所示）。1、居里点不高，工作温度范围狭窄2、压电性能与含铅系列陶瓷相比，还有一定的差距3、需要高温烧结（1300～1350°C），且烧结存在一定难度缺点：Page6研究背景钛酸钡基无铅压电陶瓷2009年日本国立物质研究所Ren等人报道了Ba(Tio.8Zro.2)03-x(Bao.7Cao.3)Ti03陶瓷具有超高的压电性能d33=620pC/N,研究和开发高性能BaTi03基陶瓷引起了研宄者们广泛关注。化学组分改性（掺杂）制备工艺改进研究重点性能提升Page7研究进展：化学组分改性对BaTiO3基压电陶瓷的离子取代改性是通过掺杂离子使陶瓷的正交-四方相转变温度（TO-T）的移动至室温附近，由于在正交-四方相转变区Gibbs自由能曲面变平，使得正交相和四方相的稳定性相似，在极化过程中自发极化有更多的可转向方向，从而使得相结构处于正交-四方相转变区域的陶瓷的压电性能较为优异。钛酸钡(BaTiO3)压电陶瓷的压电常数d33为190pC/N，5℃时发生正交相-四方相相转变。能使BaTiO3陶瓷的TO-T升高的离子：Sn4+,Zr4+,Hf4+能使BaTiO3陶瓷的TO-T降低的离子：Ca2+,Pb2+大部分离子的掺杂会降低BaTiO3陶瓷的Tc（居里温度）能使BaTiO3陶瓷的Tc升高的离子：Pb2+,Y3+,Bi3+Page8研究进展：化学组分改性关于BaTiO3陶瓷的离子掺杂取得了较多的成果Page9研究进展：制备工艺改进压电陶瓷的制作过程主要包括以下步骤：粉体制备烧结工艺Page10研究进展：制备工艺改进粉体制备传统的固相合成法溶胶-凝胶法水热法其他Page11研究进展：制备工艺改进粉体制备方法优点缺点传统的固相合成法工艺过程较简单，易于化学计量,控制产物的Ba/Ti比合成温度高使得BaTiO3粉体粒径大，团聚现象严重；混合不均匀，导致化学组分不均匀。溶胶-凝胶法原料均匀混合,化学反应也较为充分,得到粉体粒径较小过程中所用到的金属醇盐价格较高,有机溶剂具有毒性,过程需要的时间长水热法温度较低，粉粒晶体发育完全，纯度高，粒径小，成分均匀TiO2/Ba(OH)2的固一液反应缺乏热力数据,氯盐所引起腐蚀问题,以及团聚体的形成等学者们对于每种制备方法的缺点也在做着改进研究，同时开发新的制备方法Page12两步烧结法微波法烧结放电等离子体烧结法其他研究进展：制备工艺改进烧结工艺Page13研究进展：制备工艺改进烧结工艺优点两步烧结法此工艺可以降低烧结温度和缩短烧结时间，得到的晶粒致密且尺寸小微波法烧结较短的烧结时间，介质损耗降低，BaTiO3陶瓷晶粒更小放电等离子体烧结法大大地缩短烧结时间，降低烧结温度，快速制备组织致密、均匀的材料，同时，在同等晶粒度情况下获得较好的介电性能Page14发展趋势展望1、压电陶瓷的无铅化发展已是必然趋势，BT基陶瓷研究取得的成果，使其在中、低温压电器件领域恢复市场主导地位的存在可能性2、与铅基压电陶瓷相比，BT基无铅压电陶瓷的性能仍然存在一定的差距，在进一步提升钛酸钡陶瓷的性能方面，还有很多工作要做。汇报完毕，谢谢！