功能陶瓷ppt課件

1、1BaTiO3基壓電陶瓷的研究進展基壓電陶瓷的研究進展Page 2主要內(nèi)容主要內(nèi)容、 研究背景研究背景 研究進展：性能改進研究進展：性能改進發(fā)展發(fā)展趨勢展望趨勢展望Page 3研究背景研究背景某些各向異性的晶體，在外力作用下產(chǎn)生變形，使帶電粒子發(fā)生相對位移，從而在晶體表面出現(xiàn)束縛電荷，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。某些介質(zhì)在受到機械壓力時，會產(chǎn)生壓縮或伸長等形狀變化，引起介質(zhì)表面帶電，這是正壓電效應(yīng)；反之，施加激勵電場，介質(zhì)產(chǎn)生機械變形，稱為逆壓電效應(yīng)；晶體的這種性質(zhì)稱為壓電性。具有壓電效應(yīng)的材料稱為壓電材料。無鉛壓電陶瓷的直接含義就是不含鉛的壓電陶瓷。機械能電能正壓電效應(yīng)逆壓電效應(yīng)無鉛壓電陶瓷無鉛壓

2、電陶瓷Page 4研究背景研究背景發(fā)展無鉛壓電陶瓷的原因發(fā)展無鉛壓電陶瓷的原因傳統(tǒng)的壓電陶瓷傳統(tǒng)的壓電陶瓷PZT(鋯鈦酸鉛）鋯鈦酸鉛）無鉛壓電陶瓷無鉛壓電陶瓷2006 年年 7月月1日，歐盟頒布的關(guān)日，歐盟頒布的關(guān)于在電子電氣設(shè)備中限制使用某些于在電子電氣設(shè)備中限制使用某些有害物質(zhì)指令有害物質(zhì)指令 開始強制實施，開始強制實施， 對對電子產(chǎn)業(yè)無鉛化起到了巨大的推動電子產(chǎn)業(yè)無鉛化起到了巨大的推動作用。但目前無鉛壓電陶瓷的電性作用。但目前無鉛壓電陶瓷的電性能沒有達到鉛基陶瓷的性能能沒有達到鉛基陶瓷的性能, 仍然無仍然無法替代鉛基陶瓷。因此法替代鉛基陶瓷。因此, 如何提高無如何提高無鉛壓電陶瓷的壓電性

3、能鉛壓電陶瓷的壓電性能, 是目前國內(nèi)是目前國內(nèi)外無鉛壓電陶瓷研究的熱點和難點。外無鉛壓電陶瓷研究的熱點和難點。Page 5研究背景研究背景鈦酸鋇基無鉛壓電陶瓷鈦酸鋇基無鉛壓電陶瓷 鈦酸鋇（鈦酸鋇（BaTiOBaTiO3 3）是最早發(fā)現(xiàn)有壓電性）是最早發(fā)現(xiàn)有壓電性的陶瓷，屬于的陶瓷，屬于ABOABO3 3型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)（如圖型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)（如圖1 1所所示）。示）。1 1、居里點不高，工作溫度范圍狹窄、居里點不高，工作溫度范圍狹窄2 2、壓電性能與含鉛系列陶瓷相比，還有一定的差距壓電性能與含鉛系列陶瓷相比，還有一定的差距3、需要高溫燒結(jié)（、需要高溫燒結(jié)（1 3001 350C），且燒結(jié)存在一定難度）

4、，且燒結(jié)存在一定難度缺點：缺點：Page 6研究背景研究背景鈦酸鋇基無鉛壓電陶瓷鈦酸鋇基無鉛壓電陶瓷2009年日本國立物質(zhì)研究所年日本國立物質(zhì)研究所Ren等人報道了等人報道了Ba(Tio.8Zro.2)03-x(Bao.7Cao.3)Ti03 陶瓷具有超高的壓電性能陶瓷具有超高的壓電性能d33=620pC/N,研究和研究和開發(fā)高性能開發(fā)高性能BaTi03基陶瓷引起了研宄者們廣泛關(guān)注基陶瓷引起了研宄者們廣泛關(guān)注?；瘜W(xué)組分改性化學(xué)組分改性（摻雜）（摻雜）制備工藝制備工藝改進改進研究重點研究重點性能提性能提升升Page 7研究進展：化學(xué)組分改性研究進展：化學(xué)組分改性對 BaTiO3基壓電陶瓷的離子取

5、代改性是通過摻雜離子使陶瓷的正交-四方相轉(zhuǎn)變溫度（ TO-T ）的移動至室溫附近，由于在正交-四方相轉(zhuǎn)變區(qū) Gibbs 自由能曲面變平，使得正交相和四方相的穩(wěn)定性相似，在極化過程中自發(fā)極化有更多的可轉(zhuǎn)向方向，從而使得相結(jié)構(gòu)處于正交-四方相轉(zhuǎn)變區(qū)域的陶瓷的壓電性能較為優(yōu)異。鈦酸鋇(BaTiO3)壓電陶瓷的壓電常數(shù)d33為190 pC/N， 5時發(fā)生正交相-四方相相轉(zhuǎn)變 。能使能使 BaTiO3陶瓷的陶瓷的 TO-T升高的離子升高的離子： Sn4+, Zr4+, Hf4+能使能使 BaTiO3陶瓷的陶瓷的 TO-T降低降低的離子的離子： Ca2+, Pb2+大部分離子的摻雜會降低大部分離子的摻雜會

6、降低BaTiO3陶瓷陶瓷的的Tc（居里溫度）（居里溫度）能使能使 BaTiO3陶瓷的陶瓷的 Tc升高升高的離子的離子： Pb2+, Y3+ , Bi3+Page 8研究進展：化學(xué)組分改性研究進展：化學(xué)組分改性關(guān)于關(guān)于 BaTiO3陶瓷的離子摻雜取得了較多的成果陶瓷的離子摻雜取得了較多的成果Page 9研究進展：制備工藝改進研究進展：制備工藝改進壓電陶瓷的制作過程主要包括以下步驟：壓電陶瓷的制作過程主要包括以下步驟：粉體制備粉體制備燒結(jié)工藝燒結(jié)工藝Page 10研究進展：制備工藝改進研究進展：制備工藝改進粉體制備粉體制備傳統(tǒng)的固相合成法傳統(tǒng)的固相合成法溶膠溶膠-凝膠法凝膠法水熱法水熱法其他其他P

7、age 11研究進展：制備工藝改進研究進展：制備工藝改進粉體制備方法粉體制備方法優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點傳統(tǒng)的固相合傳統(tǒng)的固相合成法成法工藝過程較簡單，易于化學(xué)計量 ,控制產(chǎn)物的 Ba/ Ti比合成溫度高使得BaTiO3粉體粒徑大，團聚現(xiàn)象嚴重；混合不均勻，導(dǎo)致化學(xué)組分不均勻。溶膠溶膠-凝膠法凝膠法原料均勻混合,化學(xué)反應(yīng)也較為充分,得到粉體粒徑較小過程中所用到的金屬醇鹽價格較高,有機溶劑具有毒性,過程需要的時間長水熱法水熱法溫度較低，粉粒晶體發(fā)育完全，純度高，粒徑小，成分均勻TiO2/Ba (OH)2的固一液反應(yīng)缺乏 熱力數(shù)據(jù) ,氯鹽所引起腐蝕問題 ,以及團聚體 的形成等學(xué)者們對于每種制備方法的缺點也

8、在做著改進研究，同時開發(fā)新的制備方法學(xué)者們對于每種制備方法的缺點也在做著改進研究，同時開發(fā)新的制備方法Page 12兩步燒結(jié)法兩步燒結(jié)法微波法燒結(jié)微波法燒結(jié)放電等離子體燒結(jié)法放電等離子體燒結(jié)法其他其他研究進展：研究進展：制備工藝改進制備工藝改進燒結(jié)工藝燒結(jié)工藝Page 13研究進展：制備工藝改進研究進展：制備工藝改進燒結(jié)工藝燒結(jié)工藝優(yōu)點優(yōu)點兩步燒結(jié)法兩步燒結(jié)法此工藝可以降低燒結(jié)溫度和縮短燒結(jié)時間，得到的晶粒致密且尺寸小微波法燒結(jié)微波法燒結(jié)較短的燒結(jié)時間，介質(zhì)損耗降低，BaTiO3陶瓷晶粒更小放電等離子體燒放電等離子體燒結(jié)法結(jié)法大大地縮短燒結(jié)時間，降低燒結(jié)溫度，快速制備組織致密、均勻的材料，同時，在同等晶粒度情況下獲得較好的介電性能Page 14發(fā)展發(fā)展趨勢展望趨勢展望1、壓電陶瓷的無鉛化發(fā)展已是必然趨勢，、壓電陶瓷的無鉛化發(fā)展已是必然趨勢，BT基陶瓷研究取得的成果，使基陶瓷研究取得的成果，使其在中、低溫壓電器件領(lǐng)域恢復(fù)市場主導(dǎo)地位的存在可能性其在中、低溫壓電器件領(lǐng)域恢復(fù)市場主導(dǎo)地位的存在可能性2、