压电陶瓷制备与测试实验报告
一、实验要求
1、了解压电陶瓷的基本性能、结构、用途、制备方法。
2、了解压电陶瓷常见的表征方法及检测手段。
3、掌握压电陶瓷材料压电、介电性能等性能测试方法。
4、掌握压电陶瓷的性能分析方法。
二、压电陶瓷材料制备过程
主要包括以下步骤:配料-混合-预烧-粉碎-成型-排胶-烧结-被电极-极化-测试。
1、配料:Bi2O3···14.1244113464136 Sc2O3···4.13930659262249 PbO·23.339070300907 TiO2·8.39721176005696
2、原料选用纯度高、细度小和活性大的粉料,根据配方或分子式选择所用原料,并按原料纯度进行修正计算,然后进行原料的称量。
按化学配比配料以后,使用行星式球磨机将各种配料混合均匀。
实验室常采用的是水平方向转动球磨方式,震动球磨是另一种常用的球磨方法,此外还有气流粉碎法等混合方法。
3、混合球磨后的原料进行预烧。
预烧是使原料间发生固相化学反应以生成所需产物的过程,预烧过程中应注意温度和保温时间的选择。
将预烧反应后的材料使用行星式球磨机粉碎。
4、成型的方法主要有四种;轧膜成型、流延成型、干压成型和静水压成型。
轧膜成型适用于薄片元件;流延成型适合于更薄的元件,膜厚可以小于10m;干压成型适合于块状元件;静水压成型适合于异形或块状元件。
除了静水压成型外,其他成型方法都需要有粘合剂,粘合剂一般占原料重量的3%左右。
成型以后需要排胶。
粘合剂的作用只是利于成型,
但它是一种还原性强的物质,成型后应将其排出以免影响烧结质量。
5、烧结是将坯体加热到足够高的温度,使陶瓷坯体发生体积收缩、密度提高和强度增大的过程。
烧结过程的机制是组成该物质的原子的扩散运动。
烧结的推动力是颗粒或者晶粒的表面能,烧结过程主要是表面能降低的过程。
晶粒尺寸是借助于原子扩散来实现的。
6、烧结后的样品要被电极,可选用的电极材料有银、铜、金.铂等,形成电极层的方法有真空蒸发、化学沉积等多种。
压电陶瓷中广泛采用的是,在烧结后的样品涂上银浆,在空气中烧制电极。
为了防止空气在高压下电离、击穿,极化一般是在硅油中进行。
为了获得优良的压电性能,需要选择合适的电场强度,适当的极化温度。
极化样品放置24小时后,用压电常数测量仪测量d33,用高频阻抗分析仪(Agilent4294A等)测量介电常数、介电损耗、谐振频率等
三、实验内容
利用d33测试仪及Agilent 4294A阻抗分析仪测试压电陶瓷片的各项性能,得如下表格:
然后根据Agilent 4294A阻抗分析仪测得的数据,通过公式计算得到如下两图
上图未居里温度的介电温谱图,B代表介电常数,A代表温度,读图得到最高点坐标(454,17.401),因此居里温度为454度
上图为阻抗分析图,读图得到黑线最高、最低点对应x坐标别为212.000、185.500(kHz)对应fa、fr。
上表为最终得到的BSPT陶瓷个性能指标集合。
成员及分工:
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