摘 要

我们都知道传统的压电陶瓷在制备的过程中存在着铅挥发，不但会造成化学计量比的偏离，而且还会造成环境的污染。本文采用传统的固相反应合成技术来制备实验所需的 (1-2x)NBT-xKBT-xBT（x mol％=0、0.01、0.02、0.04、0.08和0.12）。并且通过改变预烧温度来研究预烧温度对NBT-KBT-BT陶瓷的结构和性能的影响。在实验中利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等现代测试技术对所制备的陶瓷样品进行陶瓷的相结构和显微形貌的分析，并且通过测试NBT-KBT-BT陶瓷的压电特性、介电常数等电学性能，得出性能最优的预烧NBT-KBT-BT陶瓷。通过对实验的数据分析，我们得到了在1200℃下烧结得到的预烧温度为925℃x=0.04时的NBT-KBT-BT陶瓷的性能相对来说是最优的，此时陶瓷的部分电学性能为ρ_相对=98.6%，d₃₃=109PC/N，ε=3750，T_c=336.1℃，tanδ=2.03％。

关键词：钛酸铋钠；钛酸铋钾；钛酸钡；无铅压电陶瓷；钙钛矿

Abstract

As we know, traditional piezoeletric ceramics give off Pb vapor in the preparation. The evaporation of Pb caused not only deviation of the ceramic composition but also the pollution enviroment. In this paper, the (1-2x)NBT-xKBT-xBT（x mol％=0、0.01、0.02、0.04、0.08and0.12）was synthesized by the traditional solid-state reaction method. And by changing the Presinterin temperature to study the presintering temperature influence on the structure and poperties of NBT-KBT-BT ceramics.In the experiment by using X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscope(SEM) and other modern testing technology,research the phase structure and microsture morphology of the prepared NBT-KBT-BT ceramics. And through test electrical performance such as piezoelectric properties, dielectric constant of NBT-KBT-BT ceramic, it is concluded that the optimal performance of NBT-KBT-BT ceramics. By analyzing the experimental data we got under 1200℃ sintering of presintering temperature of 925℃x=0.04 of NBT-KBT-BT ceramic performance is optimal, as part of the eletrical properties of ceramics for ρ_相对=98.6%，d₃₃=109PC/N，ε=3750，T_c=336.1℃，tanδ=2.03％.

Key words: Sodium-bismuth titanate；Potassium-bismuth titanate；Barium titanate

Lead-free piezoceramics；Perovskite

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1压电陶瓷的性能及应用 1

1.2无铅压电陶瓷的种类 2

1.3钛酸铋钠（NBT）基无铅压电陶瓷研究现状概述 4

1.3.1 NBT-BT基无铅压电陶瓷 5

1.3.2 NBT-KBT基无铅压电陶瓷 5

1.3.3 NBT-KBT-BT基无铅压电陶瓷 5

1.4 课题研究内容及预期 6

第2章 NBT-KBT-BT体系陶瓷的制备及测试 7

2.1实验原料 7

2.2陶瓷的制备 7

2.3结构分析与性能测试 9

2.3.1结构分析 9

2.3.2性能测试 9

第3章 NBT-KBT-BT陶瓷的性能结果分析 11

3.1XRD物相结果分析和SEM形貌分析 11

3.2压电性能分析 14

3.3介电性能测试结果分析 14

3.4介电损耗分析 16

第4章 实验结论与展望 18

4.1结论 18

4.2展望 19

参考文献 20

致谢 23

第1章 绪论

目前在日常生活中我们已经接触过的材料是多种多样的，如金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料等一些常见的材料，功能材料是一些具有特殊功能的高科技材料，就目前所知道的功能材料有电学功能材料、磁学功能材料、光学功能材料等，这些材料都是具有电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学、生物医学功能等性能中某一想性能或者是某几种性能优越的材料，这些材料由于能完不同性能间的相互转化，而被广泛地应用与各类高科技领域，主要是用来制造各种功能元器件。压电材料也属于功能材料中的一种，由于其可以因受到外力的压力而变形产生电场，也可以因受到电场作用而产生变形，这种独特的机电转换性能使得压电材料在工程中得到了广泛的应用。

1.1压电陶瓷的性能及应用

在1880年P.居里和J.居里兄弟首先在石英晶体中发现了压电效应。一开始，皮尔主要是为了研究焦电现象和晶体对称性的关系，但是在研究中俩兄弟发现，在石英晶体上放置重物，石英晶体的某一表面会产生电荷，而且电荷的数量与其所承受的压力成比例的存在。在接下来的研究工作中，居里兄弟又发现，在当有外电场作用于某些晶体时将会使得晶体产生形变。这两种现象分别称为正压电效应和逆压电效应，它们统称为压电效应。在自然界中天然存在的具有压电性的压电材料有石英、电气石等，而人工合成的具有压电性的材料有压电陶瓷、酒石酸钾钠、高分子压电薄膜、铌酸钾等。从中我们可以发现这些材料的结构都是具有各向异性的，从而能够得出具有各向同性的材料是不会产生压电效应的。压电效应的机理是：晶体在结构上存在着中心不对称的现象，受到外力作用时就会使其发生形变，这时单位体积中的电偶极矩即不再等于零，晶体对外会表现出极性，从而在晶体表面产生电荷；当没有外力作用于晶体上时，该晶体的正负电荷中心是重合的，晶体对外不呈现极化，单位体积上的电偶极矩等于零，因而表面不产生电荷。对于具有对称中心的晶体而言不会产生压电效应。

压电陶瓷是一类具有压电性能的陶瓷的总称，传统的压电陶瓷是通过固相反应合成技术来制备的。即是将合成陶瓷所需必要成份的原料通过混合、成型、高温烧结，以及将已经成型的陶瓷粉料经过高温烧结同时在此过程中发生固相反应，从而得到多晶体材料。压电陶瓷实际上也是铁电陶瓷。具有这一特性的陶瓷体系有锆钛酸铅、钛酸钡、改性锆钛酸铅、偏铌酸铅、改性钛酸铅、铌酸铅钡锂等。这些铁电陶瓷具有的性能有：（1）在居里温度范围内存在自发极化，在温度高于居里温度时自发极化消失，发生铁电顺电的相变化；（2）在发生极化状态改变时，陶瓷的介电温谱也会发生明显变化，并且这一变化服从居里外斯定律；（3）在铁电体中存在着铁电畴；（4）铁电体的自发极化在外电场的作用下可以重新定向，极化强度滞后于外加电场强度，形成磁滞回线。这类材料的研制成功，可以用来制造大容量电容器、高频用微型电容器、高压电容器、以及层叠电容器和半导体陶瓷电容器等。此外，这类材料还可以应用于制造光阀、光调制器、光存贮器、光显示器、光电传感器、光谱滤波器、激光防护镜和热电探测器等。