论文摘要：新型无铅Bi0.5Na0.5TiO3基压电换能材料结构与工艺研究

摘 要
本文简要阐述了超声换能材料的发展历程和应用概况，对压电材料的组成、性质、结构等进行了系统的叙述。介绍了压电效应及其形成条件和晶体的铁电性、电畴、极化的类型、机理以及极化强度与外加电场的关系。自从1952年美国贾菲（B.Jaffe）等人发现PZT固溶体系统以来，锆钛酸铅以其优越的性能长期在压电陶瓷领域处于主导地位，并在各个领域广泛应用。同时铅基压电材料在生产、使用及废料处理等过程中也给人类的生存环境带来了潜在的威胁。目前，随着人类环保意识的提高和可持续性发展的需要，研发新型无铅压电陶瓷成为了当今世界各国的新课题。
用于高频及超高频检测的人工压电晶体则可通过改变其化学成分、配方、制备工艺来加以调整其性质使之适应不同的需要，较常用的人造晶体有压电陶瓷、极性高分子聚合物及压电复合材料等。文章的第二章探讨了压电陶瓷材料的结构、性能参数(自由介电常数、介质损耗、、弹性系数、机械品质因数、压电常数、机电耦合系数、频率常数等)以及制备工艺过程。制备工艺中的每一个细节都直接关系到样品的性能指标的实现，因此严格控制工艺条件显得尤为重要。第四章重点研究了新型无铅BNT基压电陶瓷材料的结构与工艺。由于钛酸铋钠基陶瓷（BNT）的介电系数大，机电耦合系数和压电系数较大而且损耗较小的优点，本文将其选作掺杂改性提高压电性能的研究课题。首先对具有实用性的五大类无铅陶瓷体系即钛酸钡基陶瓷、鉍层状结构、碱金属铌酸盐系、钨青铜结构陶瓷和钛酸铋钠基陶瓷的结构、压电性、介电性、声学特性等做了简单的介绍和对比。然后，从陶瓷材料的原料的选择、陶瓷粉体的加工和处理技术、陶瓷坯体的成型以及陶瓷材料的烧成技术等方面入手，探讨了BNT基陶瓷的几种常见的制备方法，如固相法、水热法、溶胶-凝胶技术、熔盐法等。最后文章详细地叙述了制备BNT-BKT陶瓷所用的实验原料和实验设备以及具体的实验方法和流程，同时根据微量元素的掺杂改性原理及经验，对筛选好的BNT-BKT陶瓷进行了掺杂改性研究。
文章中采用了实用的传统固相制备方法：原料选取的是人工合成的分析纯原料，粉体的加工制备采用了固相合成法，样品的成型时采取了干压成型法，在烧结过程中采用了固相高温烧结法。由于陶瓷（1-x）BNT-XBKT体系的三方-四方准同型相界处于x=0.16-0.22的范围附近，而且所需的极化电压低并能通过改变制备工艺使其压电性能大大提升。
本文以陶瓷材料Bi0.5(Na0.8K0.2)0.5TiO3+Xwt％SrCO3为研究对象，在1100~1200℃间选取了不同的烧结温度，并分别制备了含有SrCO3不同掺杂量的陶瓷材料。分别对这四个不同组分配方的陶瓷材料进行了化学成分测试和显微结构分析。研究了在合适条件下制备的掺杂SrCO3的BNT-BKT陶瓷的XRD测试结果和SEM形貌。结果显示，陶瓷晶粒的几何外形特征明显，晶界清晰，致密性好压电性能也得到了提高。

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