论文部分内容阅读
压电陶瓷具有压电性、介电性和弹性,可以实现机械能和电能的相互转换,是制备超声换能器、压电变压器、滤波器和压电蜂鸣器等器件的基础材料,在电子信息、机械工业、仪器仪表、医疗器械等领域占有重要地位。基于3D打印技术制备压电陶瓷具有成型速度快、成型过程不需要模具和机械加工的优点,重要的是可以解决目前特殊复杂结构压电陶瓷制备困难的问题,在压电超声器件制备等领域具有广泛的应用前景。本课题研究的主要内容是基于光固化成型技术制备压电陶瓷,包括目前广泛应用的锆钛酸铅（PZT）压电陶瓷和具有发展前景的环境友好型钛酸铋钠（BNT）基无铅压电陶瓷,最后创新性地基于光固化成型技术制备了性能良好的织构化钛酸铋钠-钛酸钡（BNT-BT）无铅压电陶瓷。主要研究内容如下:1、本论文基于光固化成型法制备了PZT压电陶瓷,并研究PZT陶瓷溶液的固相含量（7889 wt.%）对烧结后的陶瓷的收缩率、密度、显微结构、晶体结构以及电学性能的影响。研究结果表明:固相含量越高,陶瓷的坯体密度越大,烧结后陶瓷的收缩率越小,陶瓷相对密度无明显变化（91.392.1%）,陶瓷的晶体结构越稳定,电学性能先升高后降低,在固相含量为81.8wt.%时达到最佳,最佳的性能为:d33=345pC/N,kt=0.53,εr=1040,tanδ=0.020。将制备的复杂结构的二维阵列压电陶瓷制成超声换能器,其中心频率为2.24MHz,-6 dB带宽为35%,在超声换能器领域具有潜在的应用前景。2、本论文选用处于MPB相界附近的0.935(Bi0.5Na0.5)TiO3–0.65BaTiO3（简写为BNT-BT）陶瓷为基体,引入SrTiO3,基于光固化成型法制备了（0.935-x）(Bi0.5Na0.5)TiO3–0.65BaTiO3-xSrTiO3（简写为BNT-BT-xST）三元无铅压电陶瓷,并研究了SrTiO3含量对BNT-BT-xST陶瓷溶液光固化深度、陶瓷的结构和电学性能等的影响。研究结果表明:随着SrTiO3含量增大,陶瓷溶液的固化深度增加;陶瓷晶粒形成了以SrTiO3为核的核壳结构,晶粒尺寸逐渐减小;陶瓷的XRD主峰逐渐向低衍射角偏移,居里温度Tm逐渐向低温偏移,陶瓷的铁电性和压电性逐渐衰退。3、本论文创新性地基于光固化成型法结合RTGG技术制备了织构化BNT-BT无铅压电陶瓷,并研究了冷等静压工艺、模板含量和模板尺寸对陶瓷结构和性能等的影响。研究结果表明:随着合成温度提高,Bi4Ti3O12模板粉体的尺寸和厚径比均会增大;对脱脂后的陶瓷坯体进行冷等静压、提高模板含量以及增大模板粉体的尺寸均可以提高陶瓷的织构度和电学性能。但增大模板粉体的尺寸会降低陶瓷的相对密度,当模板尺寸为26.23μm时,陶瓷的织构度达到74.7%,压电常数d33到达135 pC/N,大于采用传统干压法制备的MPB相界附近随机取向的BNT-BT陶瓷的d33（125pC/N）。基于光固化成型的织构化陶瓷制备技术是提高压电陶瓷性能的一种有效方法。