無(wú)鉛壓電陶瓷的晶粒定向生長(zhǎng)技術(shù)課件

1、無(wú)鉛壓電陶瓷的晶粒定向生長(zhǎng)技術(shù)Lecture: 周懷娟Team members：宋香蓮 劉麗莎 李文靜 黃愛彬 張振鋮 陳鴻銘 熊開南 背 景目前使用的壓電陶瓷材料主要是鉛基壓電陶瓷，其中的PbO約占原材料總量的70%，由于PbO是一種易揮發(fā)的有毒物質(zhì)，在生產(chǎn)過(guò)程中， PbO粉塵以及高溫合成或燒結(jié)過(guò)程中揮發(fā)出來(lái)的PbO極易造成環(huán)境污染，在使用和廢棄后的處理過(guò)程中也會(huì)給人類及生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重危害。開發(fā)無(wú)鉛基的環(huán)境協(xié)調(diào)性壓電陶瓷材料是一項(xiàng)緊迫而具有重要科學(xué)意義的課題。制備方法固相反應(yīng)法濕化學(xué)法晶粒定向生長(zhǎng)技術(shù)熱處理技術(shù)（熱鍛法）模板生長(zhǎng)法（TGG）反應(yīng)模板生長(zhǎng)法（RTGG）多層晶粒生長(zhǎng)法(絲網(wǎng)印刷

2、法)熱處理技術(shù)-熱鍛法 熱處理技術(shù)利用了在高溫下，通過(guò)施加外力使晶粒內(nèi)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)和晶界滑移從而使陶瓷晶粒實(shí)現(xiàn)定向排列。 研究最多的是熱鍛法。將試樣先經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的普通燒結(jié)后，再在試樣上加上單軸壓力并且保持一段時(shí)間。熱鍛法工藝示意圖熱壓軸樣品模具爐體熱鍛法制備SrBi4Ti4O15 (SBT)實(shí)驗(yàn)原料： SrCO3， Bi2O3, TiO2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程：配料球磨(24h)預(yù)燒(950, 4h)壓片(F=500kg/cm2, d=17mm, h=20mm )熱鍛處理(1200, 50kg/cm2單軸壓力)SrBi4Ti4O15 與溫度相關(guān)的介電常數(shù)：SBT ()和 SBT(/)試樣實(shí)驗(yàn)結(jié)果r制備各向異

3、性的模板晶粒(水熱法或熔鹽法)模板晶粒定向排列 (流延或擠塑)模板生長(zhǎng)法 (Templated Grain Growth Method,TGG)擠塑法 針狀模板晶粒流延法片狀模板晶粒 模板生長(zhǎng)法a-織構(gòu)化 BNT-BT試樣；b-隨機(jī)取向 BNT-BT模板生長(zhǎng)法 T. Takeuchi 等人以片狀Bi4Ti3O12 為模板用流延和擠塑法制備出了織構(gòu)化的CaBi4Ti4O15 陶瓷壓電性能提高了23 倍。表1 定向和非定向的CaBi4Ti4O15 陶瓷的壓電和介電性能比較反應(yīng)模板生長(zhǎng)法(Reactive Templated Grain GrowthMethod，RTGG)熔鹽法合成片狀Bi4Ti3

4、O4模板晶粒原料(Bi2O3, Ti2O3, Na2CO3)+模板晶粒+粘結(jié)劑+塑化劑等球磨成漿料流延膜剝離切片、疊片制成條狀胚體排膠燒結(jié) Bi4Ti3O12 +2Na2CO3 +5TiO28Bi0.5Na0.5TiO3 +2CO2用熔鹽法合成片狀 Bi4Ti3O12模板 (平均直徑7.5 m，厚度0.4 m) 將原料(Bi2O3、Na2CO3、BaCO3粉末)與Bi4Ti3O12模板混合球磨，變?yōu)镹BBT；絲網(wǎng)印刷：沉積一層，100干燥，重復(fù)30次(150 m)；切1212 mm2剝離，疊30-40層，液壓機(jī)壓成3-10 mm厚；排膠，燒結(jié)。Bi4Ti3O12+Bi2O3+3Na2CO3+0

5、.77BaCO3+9.77TiO2 12.77(Na0.5Bi0.5)0.94Ba0.06TiO3（BNTT）+3.77CO2多層晶粒生長(zhǎng)法多層晶粒生長(zhǎng)法取向度達(dá)91.6%箭頭為絲網(wǎng)印刷的方向應(yīng) 用參考文獻(xiàn)1 Wu M, et al., Grain oriented (Na0.5Bi0.5)0.94Ba0.06TiO3 piezoceramics prepared by the screen-printing multilayer grain growth techniqueJ. Electronveram, 2009,52 王國(guó)勇等, 織構(gòu)化(Na0.5Bi0.5)Ti03-BaTi03無(wú)鉛

6、壓電陶瓷晶粒定向生長(zhǎng)機(jī)制J. 南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2010,73 王孝平等，無(wú)鉛壓電陶瓷粉體的制備和晶粒定向生長(zhǎng)技術(shù)J材料導(dǎo)報(bào), 2005,104 Yang S, et al., Large Magnetostriction from Morphotropic Phase Boundary in FerromagnetsJ. Phy. Rev. Lett., 2010,55 Takao M, et al., Formation of Homo-Template Grains in Bi0.5Na0.5TiO3 Prepared by the Reactive-Templated Grain Growth ProcessJ. J. Am. Ceram. Soc., 2008,126Sanjeeb K. Rout, et al., Anisotropic Dielectric