钛酸铋钠无铅压电器件制作及其性能优化

【摘要】压电陶瓷材料是当今社会非常重要的一种高科技材料，但是主导压电陶瓷的合成材料主要以Pb基材料为主，对环境造成很大的污染。无铅压电陶瓷就这样的应运而生，特别是钛酸铋钠无铅压电陶瓷，以其优越的性能开始了无铅压电陶瓷的新篇章。本课题制作的钛酸铋钠基无铅压电陶瓷，压电系数较高，利用在具有自检测功能的微型压电泵上，并且无铅压电振子可以使压电泵应用在医学、生物等高科技领域。利用溶胶凝胶法（Sol-Gel），制备Zrx(Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06Ti1-xO3无铅粉体；通过SEM、XRD分析材料的微观结构，确定其颗粒尺寸形貌、晶粒以及表面活性。采用传统固相法制备BNT-BT粉体，通过多次实验得出其最佳工艺参数如下：球磨时间15小时，最佳预烧温度为850℃，最佳烧结温度为1180℃，保温3小时，极化场强2.6KV，极化时间为15分钟。采用溶胶凝胶法工艺制备BNT-BT粉体，通过对X衍射图谱以及扫描电镜图片还有最后的性能测试结果，得出其最佳工艺参数如下：在温度为40~60℃的条件下进行溶胶-凝胶，最佳预烧温度为650℃，最佳烧结温度为1150℃，保温3小时，极化场强2.6KV，极化时间为15分钟。还适当的掺杂Zr元素，进行性能的改善，在对其性能测试之后得出：当x=0.10时，压电性能达到最好，其压电系数更是达到了218PC/N。采用溶胶-凝胶法合成三元系无铅压电粉体0.852(Na0.5Bi0.5)TiO3-0.028Ba(ZrxTi1-x)O3-0.12(K0.5Bi0.5)TiO3，并且通过掺杂Zr元素掺杂改善其压电性能。实验结果表明：当x=0.15时，三元系无铅压电振子处于三方-四方相钙钛矿结构，压电系数d33达到最大为225PC/N，机电耦合系数Kp为38.7%，机械品质因数Qm为137，介电损耗tgδ和介电常数εr分别为0.038和727，综合性能符合项目的要求，达到预期的设想。
【作者】蔡中军；
【导师】施云波；
【作者基本信息】哈尔滨理工大学，微电子学与固体电子学，2012，硕士
【关键词】无铅；压电陶瓷；溶胶-凝胶；压电性能；

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