《高溫、高性能壓電陶瓷製備及其高溫失效機理研究》是依託煙臺大學，由徐志軍擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高溫、高性能壓電陶瓷製備及其高溫失效機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：徐志軍
- 依託單位：煙臺大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨著信息、能源、核能、航空航天等技術的發展恥腳滲，對使用溫度在500℃以上的高溫壓電材料需求越來越多。但目前廣泛使用的高溫鉍層狀壓電材料不僅壓電活性低，而且其電阻率隨溫度升高而降低,導致壓電性能惡化，不能滿足500℃以上高溫作業的需求。因此，本申請擬以我們近期獲得的高居里溫度鉍層狀結構壓電陶瓷和具有高壓電性的鈣鈦礦結構壓電陶瓷為切入點，構建鈣鈦礦結構與鉍層狀結構兩相共存的高溫壓電陶瓷體系；通囑拘過調整鈣鈦礦結構壓電材料在所構建陶瓷體系中的摩爾百分含量，設計和研發具有高居里溫度的高性能壓電陶瓷；通過表征所構建壓電陶瓷的微結構和壓電、鐵電、介電性能等隨鈣鈦礦結構摩爾百分含量的變化，分析所構建陶瓷高溫導電載流子類型、遷移率變化等與其高溫電阻率、居里溫度和壓電性能之間的關係，探索壓電陶瓷的高溫失效物理機制；進而研製出使用溫度達到500℃以上的高溫壓電陶瓷，為壓電陶瓷的高溫套用奠定理論基礎與技術支撐。
結題摘要
鉍層狀結構無鉛壓電陶瓷(BLSFs)因其具有較好的溫度穩定性能，兼有居里溫度高、介電損耗低等店套頁碑特點，成為高溫壓電材料研究領域中熱點材料之一。隨著信息、能源、核能、航空航天等技術的發展，對使用溫度在500℃以上的高溫壓電材料需求越來越多。針對廣泛使用的高溫鉍層狀壓電酷試承材料不僅壓電活性低，而且其電阻率隨溫度升高而降低，導致壓電性能惡化，不能滿足500℃以上高溫作業的需求展開研究。本項目利用傳統固相合成法製備了複合離子、多鐵性材料和新型固溶體摻雜改性BLSFs基陶瓷，研究了摻雜離子對居里溫度、溫度穩定性和電學性能的影響。闡明了影響鉍層狀結構無鉛壓電陶瓷高溫穩定性的主要原因就是由於鉍元素的揮發產白嘗和生過多氧空位引起的。揭示了摻雜離子對鉍層狀結鞏嫌重束構無鉛壓電陶瓷居里溫度、溫度穩定性和電汗雅乎學性能的影響規律。其主要成果如下： 1）獲得了居里溫度Tc為604℃，壓電常數d33為31 pC/N，退火溫度為500℃時壓電常數仍能保持在78%以上的Sr1-xCaxNa0.5Bi4.5Ti5O18 (x = 0.0，0. 25，0.5，0.75，1.0)無鉛壓電陶瓷材料； 2）說明了(K, Ce)離子取代對Sr1-x(K,Ce)x/2(Na0.5Bi0.5)Bi4Ti5O18系列陶瓷居里溫度與高溫穩定性的影響規律； 3）價態較高的Mo6+摻雜取代SrBi2Nb2O9鉍層狀結構無鉛壓電陶瓷中的B位Nb5+離子，屬施主摻雜，減少氧空位的產生，使SrBi2Nb2O9陶瓷樣品的壓電和鐵電性能得到明顯提高； 4）Ho3+、Eu3+離子分別摻雜SrBi2Nb2O9鉍層狀無鉛壓電陶瓷後，使其具有了光電多功能性； 5）Er3+離子摻雜獲得的Na0.5Bi4.5-xErxTi4O15基陶瓷，居里溫度都在650℃以上。當退火溫度達到600℃時，所有陶瓷樣品壓電常數幾乎沒有發生變化展現出優良的溫度穩定性。 在本項目的資助下，Journal of the American Ceramic Society、 Journal of the European Ceramic Society、Scripta Materialia等國內外知名期刊上發表SCI收錄論文80餘篇，授權發明專利2項，培養了7名碩士研究生。
