论文摘要：(Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06TiO3压电陶瓷的制备及物性研究

钛酸铋钠((Bi0.5Na0.5)TiO3,简称BNT)是一类钙钛矿型的A位离子复合取代铁电体，其居里温度为320ºС，在室温下具有很强的铁电性(Pr =38 pC /cm2)，被认为是无铅压电陶瓷最有希望的候选材料之一。本论文以BNT基压电陶瓷中压电性能较为出色的(Na0.5Bi0.5)0.94Ba0.06 -TiO3(缩写为BNBT6)陶瓷作为研究对象，采用传统的电子陶瓷方法制备了BNBT6压电陶瓷，系统地研究了它的制备工艺和极化工艺，具体分析了不同烧结温度对BNBT6陶瓷微观结构、密度、介电及压电性能的影响，并结合实验结果讨论了BNBT6陶瓷的介电弛豫特性。最后分析了离子掺杂和取代对BNBT6陶瓷物性的影响。主要结论如下：
(1)采用TG-DTA, XRD和SEM等分析技术，较好地优化了制备高质量BNBT6压电陶瓷的工艺参数，其预烧温度在850~900ºС，保温2小时；其烧结温度在1140~1160ºС，保温2小时。在对BNBT6陶瓷极化的过程中，发现极化电场强度和极化温度对陶瓷的压电性能有较大的影响，而极化时间的影响相对较小。适宜的极化电场是3~4kV/mm，极化温度是70~80ºС，极化时间是10~20分钟。
(2)以BNBT6 陶瓷为研究对象，研究了烧结温度对其体密度、相结构、微观形貌、介电和压电性能的影响。发现在1120到1180ºC 之间烧结的所有陶瓷样品，其晶体结构均为三方、四方相共存。发现最优的烧结温度为1160ºC，相应样品有着较高的体密度r= 5.826g/cm3，很好的电性能：压电系数d33=120pC/N，平面机电耦合系数kp =0.297，相对介电常数εr=615，介电损耗tanδ=0.020。研究了样品从室温到500ºC的介电温谱图，讨论了BNBT6材料的介电弛豫特性。
(3)CeO2(0.0~1.0 wt%)掺杂不会改变BNBT6材料的钙钛矿结构。但掺杂后，引起了晶粒尺寸的变化。适量的CeO2掺杂，可提高BNBT6陶瓷的压电与介电常数，降低其介电损耗。当CeO2掺杂量为0.4wt%时，陶瓷的压电常数d33达到128pC/N，平面机电耦合系数kp为28.3%，相对介电常数εr为891, 介电损耗tanδ为0.0185。掺杂CeO2后BNBT6陶瓷仍然具有弛豫铁电体性质，但铁电相向反铁电相转变温度Td降低。分析了CeO2掺杂后，对BNBT6物性的影响机理。
(4) 研究了不同Li+取代A位Na+后，(Bi0.94(Na0.94-xLix))0.5TiO3陶瓷体系的物性变化。x在(0.01~0.11)之间变化，不会改变BNBT6陶瓷三方-四方共存的晶体结构，不会改变BNBT6陶瓷的弛豫特性，但是随着取代量x的增加, 铁电相向反铁电相转变温度Td降低，介电和压电性能有变化。当x=0.05时，陶瓷的压电常数d33为128pC/N，平面机电耦合系数kp为0.30，相对介电常数εr为810。