近年来,人们已经开始重视生态环境的保护,特别是在可持续发展的要求提出以后,人们更加重视怎样才能降低各种污染。然而现在市场上经常见到的电子器件里面的压电元件都是由铅基压电陶瓷材料制成,其对我们所生存的环境有定的污染。因此,为了这些降低污染做到防患于未然,研发一种性能良好,污染较低的无铅压电陶瓷就会显得尤为重要。无铅压电陶瓷的体系很多,但在本论文中重点讨论Bi0.5Na0.5TiO3体系,并且分别研究不同掺杂量的Sr和Mn对(Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06TiO3(简称BNBT6)性能的影响。首先,概述了压电材料所具有的正、逆两种压电效应以及产生这些效应的必要条件,接着简介了研究无铅压电陶瓷的实际意义以及国内外的一些研究情况。然后论述了固相法制备Bi0.5Na0.5TiO3(BNT)陶瓷材料的工艺过程及各个环节的参数设置和陶瓷材料的结构性能表征。最后详细讨论了BNT的实验过程以及对其性能的测试分析。由于纯的BNT体系材料存在许多缺点(如：矫顽场比较大Ec=73kv/cm,不易极化),导致其很难实用化。因此,这就需要对纯的BNT体系材料进行不同元素的掺杂研究并借助相关仪器对材料结构和性能进行测试和分析,以便于更好的提高其相关性能。本论文在综合考虑了BNT陶瓷材料的各方面性能特征的基础上,选用固相烧结工艺研究不同掺杂量的Sr和Mn对BNBT6性能的影响。具体方案是：(1)分别让X=0,0.02,0.04,0.06以Sr2+取代BNBT6中的Ba2+研究(Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06-xSrxTiO3的结构和性能；(2)分别以0,0.1wt%,0.3wt%,0.5wt%的MnO2掺杂并研究BNBT6+X(wt%)MnO2的性能变化。采用固相烧结工艺制备陶瓷样品,对参数设置如下：预烧温度为850℃,保温时间是120min,升温速率2.5℃/min；烧结温度为1150℃,保温时间是120min,升温速率2.5℃/min；烧银温度为650℃,保温时间120min,升温速率2℃/min；极化过程当中温度、电压以及时间分别设置为60℃,3kv/mm,20MnO2方案一,采用固相烧结制备得到(Bi0.5Na0.5)0.94Ba(0.06-x) SrxTiO3(x=0,0.02,0.04,0.06)无铅压电陶瓷。研究了不同量的Sr2+取代Ba2+对(Bi0.5Na0.5)0.94Ba (0.06-x) SrxTiO3的微观结构、介电损耗及电性能的影响。现归纳如下：XRD结果显示Sr2+进入BNBT6晶格中成功取代了Ba2+(衍射图谱上无杂相)。SEM测试结果显示,如果将样品片的烧结温度设置为1150℃,纯的BNBT6就会存在过烧现象,但是当少量Sr2+取代Ba2+时,晶粒尺寸变小,表面致密,这说明少量的锶离子取代钡离子后可以提高陶瓷的致密度。当x=0.04的时候,(Bi0.5Na0.5)0.94Ba (0.06-x) SrxTiO3陶瓷样品的相关性能最好,压电性能d33=118pC/N,机电耦合系数kp=0.20,介电损耗最低tgδ=0.026。但是当x>0.04的时候,(Bi0.5Na0.5)0.94Ba (0.06-x) SrxTiO3陶瓷样品的相关性能成下降趋势,介电损耗增大。方案二,采用固相法烧结制备BNBT6+X (wt%) MnO2(x=0,0.1,0.3,0.5)无铅压电陶瓷。讨论了不同含量的MnO2对陶瓷致密度和相关电性能的影响。现归纳如下：当在BNBT6中掺入少量的锰时,陶瓷会变得致密、压电性能有所上升、介电损耗降低；当掺杂量为x=0.3wt%的时候,BNBT6+X (wt%) MnO2的相关性能最好,压电性能d33=120pC/N,机械耦合系数kp=0.27,介电损耗最低tgδ=0.020；但是当x>0.3wt%时,BNBT6+X (wt%) MnO2陶瓷样品的致密度和相关性能都有所降低,介电损耗呈上升趋势。以上两个实验都表明少量的掺杂物可以提高BNBT6的相关性能,但是过量掺杂,就会影响陶瓷的致密度,进而降低陶瓷的各方面性能,其损耗也会随之增大。
