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在目前众多的无铅压电陶瓷体系中,钛酸铋钠Na0.5Bi0.5TiO3(简称NBT)陶瓷的研究与应用倍受人们的重视。作为一类A位离子复合取代的钙钛矿型铁电体,NBT基陶瓷具有良好的温度稳定性、优异的压电铁电性、较高的频率常数、较小的介电系数等诸多优点,被认为是最有希望替代传统铅基压电陶瓷的绿色陶瓷材料之一。然而,NBT陶瓷矫顽场高使得材料难以极化也是众所周知的。国内外的研究人员主要通过A、B位复合取代改性和改进制备工艺两方面来改善NBT陶瓷的性能。在制备工艺中水热法由于其合成条件温和,产物微观形貌规整且容易控制,产物纯度高等诸多优点被广泛应用在粉体的制备中。
本文通过水热法,分别采用四氯化钛(TiCl4)、五水硝酸铋(Bi(NO3)3·5H2O)作为钛源、铋源,以氢氧化钠(NaOH)作为钠源和矿化剂,成功制备了不同微观形貌的Na0.5Bi0.5TiO3粉体。研究了NaOH浓度(2M~18M)、水热温度(160℃~200℃)以及水热时间(0.5h~72h)对NBT粉体微观形貌的影响;在水热法成功制备出的不同微观形貌的NBT粉体基础上,进一步探讨了粉体微观形貌对NBT陶瓷材料显微结构及压电性能的影响。
不同微观形貌Na0.5Bi0.5TiO3粉体的制备研究结果表明:NaOH浓度是影响NBT粉体微观形貌的主要因素,NaOH低于8M时,产物结晶度较低,粉体微观形貌为微球形;NaOH为12M、14M时,粉体微观形貌表现为微立方颗粒团聚体与纳米线混合型;NaOH为18M时,粉体微观形貌则以纳米立方颗粒团聚体为主。当NaOH浓度固定在14M时,水热温度和水热时间主要影响粉体颗粒结晶程度,对粉体的微观形貌影响不明显。对不同微观形貌的原始粉体所制备的NBT陶瓷的分析研究结果表明:原始粉体的微观形貌对NBT陶瓷的显微结构和压电性能均有明显影响,微观形貌为微球形的NBT陶瓷粉体表现出相对较好的烧结性能,有利于制备致密度相对较好的细晶NBT陶瓷;微球线混合型的NBT粉体因其线形大晶粒的诱导作用而使得NBT陶瓷形成超大晶粒多晶结构,也使其压电性能明显高于采用微球形粉体制备的细晶NBT陶瓷。