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随着人们对生存环境质量要求的不断提高,开发研究新型环境友好型材料具有重要意义。其中,作为无铅材料的碱性铌酸盐陶瓷材料目前在压电材料领域备受关注。本文选择铌酸钠基Na1-3xBixbO3作为研究对象,通过调整A位离子相对比例,系统研究材料微观结构变化规律以及对其介电/铁电性能的影响;在此基础上,采用模板晶粒生长法(TGO)法以NaNbO3为模板制备织构型Na1-3xBixNbO3陶瓷,探讨模板含量对Na1-3xBixNbO3陶瓷的结构与电学性能的影响。
采用固相方法制备出一系列Na1-3xBixNbO3(0≤X≤0.30)陶瓷材料,结果表明,当x=0~0.09时,所有的试样都具有明显的钙钛矿结构,Bi2O3完全进入NaNbO3晶格中形成新的固溶体,x≤0.03时,材料体系为四方相结构;当x≥0.05时材料体系转变为假立方结构,其固溶度在x=0.15附近。利用XPert HighScore软件分别对x=0.05、x=0.1进行精修和指标化,获得2种合成新型环境友好型材料晶体学结构参数(晶胞参数、所属晶系及空间群),并得到ICDD组织承认。研究了Na1-3xBixNbO3中随着x值变化陶瓷材料结构,介电性能和介电弛豫现象,结果发现:当0.07≤x≤0.13时,Na1-3xBixNbO3陶瓷表现出明显的频率色散以及弥散相变的特征,介电常数峰被压低,介温曲线变的更平坦,而且介电常数最大值对应的温度(Tm)随着x的增加先急剧下降然后逐渐保持不变;当x=0.09时,获得材料体系容温变化率在-55~160℃内其变化小于±15%,室温介电常数大于2500,是一类具有重要应用前景的可以满足X8R特性MLCC用介质材料新体系。
采用两步熔盐法制备片状NaNbO3模板,探讨NaNbO3模板的显微形貌与尺寸与合成温度、熔盐量,保温时间以及烧结气氛等工艺参数,获得形状规则、尺寸均一的NaNbO3模板,采用模板晶粒生长技术制备了织构型Na1-3xBixNbO3陶瓷,研究不同模板含量对其结构以及电性能的影响。结果表明:相比随机取向的陶瓷而言,制备的织构型材料沿(001)晶面取向生长,织构度为20~40%。陶瓷的织构度受模板含量影响较大,在y=10%时达到极值2870.36。制备织构型Na1-3xBixNbO3陶瓷材料居里点Tm随着模板含量的增加基本保持不变。