无铅压电陶瓷研发中的电子探针分析

无铅压电陶瓷研发中的电子探针分析

目前压电陶瓷是实现机械能与电能相互转换的 功能材料，是一类重要的电子材料。其应用范围从 蜂鸣器、滤波器、点火器和超声清洗器，到牵引式阵 列声纳、医用图像系统、喷墨印刷头、照相机快门、定 位器和传感器等。多层压电致动器技术已在汽车的 大量应用上得到了验证，例如燃料注入系统和悬置 系统。特别是在一些能承受相对高的成本的应用领 域。这方面的应用包括磁记录定位头、扫描隧道显 微镜、条码记录器，用于反馈刹车系统的传感器，用 于激光印刷机的上色传感器以及超声骨头愈合器。 温湿度仪| 红外线温度计| 露点仪| 亮度计| 温度记录仪| 温湿度记录仪| 光功率计| 粒子计数器| 粉尘计|
压电陶瓷有一些特殊的生物医学用途。例如，压电 单晶可用于未来的超声图像系统。在压电陶瓷领域 中，长期以来由锆钛酸铅(PZT)占主导地位。PZT 基陶瓷的主要成分是PbO，PbO是一种有毒物质，在 烧结温度下具有挥发性，对人体、环境造成危害。为 避免铅的污染，人们认识到无铅压电陶瓷的必要性， 提出研究无铅压电陶瓷。目前，无铅压电陶瓷材料 主要有铌酸盐陶瓷(如LixNa1．xNbO 陶瓷)、铋层状 结构压电陶瓷(如Bi Ti O。 陶瓷)、钛酸盐陶瓷(如 BaTiO 、Nao Bi。 TiO 陶瓷)等。其中研究较多的是 Nao 5Bi0 5TiO3基压电陶瓷。Nao 5Bi0 5TiO3简称NBT， 主要是通过Na2CO 、TiO：、Bi：O 等原料烧结而成。
虽然Bi：O 是一个低熔点、易挥发性的氧化物，但在 烧结中烧失量通常不到0．20％ ，挥发失重相当低， 对压电性能没有明显的影响，同时Bi，O 不溶于水 也不溶于酸，不会对人体造成影响，不存在环境问 题。可以预料我国不久的将来也将有禁用有铅的压 电陶瓷的法规，同时也应该注意其它有害的元素添 加到压电陶瓷中，例如Hg元素的添加元素。 在工作中研究两种不同无铅压电陶瓷配方： a)0．94Bi／2Na／2TiO3—0．06BaTiO3+0．8wt．％／MnCO3； b) 0．94Bi／2Na／2TiO3 — 0．06BaTiO3 + 1．5wt．％／ MnCO 。烧结温度1 180℃ ，添加0．8wt．％配方编号 的性能优于1．5wt．％配方的无铅压电陶瓷，用日本 电子公司JCXA．733型电子探针分析仪分析陶瓷的 物质成分。仪器的分析条件：电压20kV；电流20nA； 束斑直径lO,um。Ti、Mn、Bi元素选择金属Ti、Mn、Bi 纯金属作为标样。Ba元素选择BaF 中的Ba元素 作为标样。化学成分：Ba 78．33；F 21．87。Na元素 选择硬玉矿物中的Na2O作为标样，硬玉矿物的化 学分析：SiO2 59．38；TiO2 0．03；A12O 24．39；FeO 0．23；MgO 0．37； CaO 0．61；Na2O 14．79；K2O 0．01。 Ti、Mn、Na元素选用Ka线系，Ba、Bi元素选用k 线 系，寻峰2次，测量时间15s，背景测量时间5s。
Na 元素选用第一道谱仪的TAP晶体，背景测量值及峰 位距离在±6 miD_。Ba、Ti、元素选用第二道谱仪的 PET晶体，Mn、Bi选用第三道谱仪的LiF晶体。背景 测量值及峰位距离在4-4 mill。定量分析避开图3 和图4中的亮斑点进行随意选择的点位测试的结 果，测试结果见表1(注：分析的结果为归一化成分， 表1 故表中为归一的百分量)。从结果看不出两者有明 显的规律可以说明问题。通过电子探针成分相的观 察发现它们有区别(见图1～图4)，可以看出它们的 物质成分和结构是有变化的。观察物像发现样品中 有明显的亮斑点多和少的差异及结晶度的不同，通圈1 0 8 wI．％ ：罔2 1．5WI％ ；凰3 lr：l中亮点为Hg，w 元素的台盘0 8wt％ ；
图4 中亮点为 H ．w 元嚣岫台盘J 5w1％ 图I．图2 B一200fcfl；圈3，圈4 Bar= 0 J l 过电子探针仪的定性分析发现亮斑的土要元素是 H 和w 兀素．次要元素为(：e cr元素亮斑成舒中 的H 元素在灰黑色的基睫定性分析中并没有出 现，灰黑色塾体定性丹析有：_ri、Mn．m、cr、 a兀累． 且有少量的w 元素 图中可以看到亮斑多的’种 是0．8#编号自勺无铅压电陶瓷，观察发现表面结构 的结晶现象没有I 5#编号的紧密 从Hg元素的 分布状态的多少町以看出0 8#编号的Hg元素含 馒多于1．5#编号的样品 通过上述分折工作，了解r人们为什么要放弃 和停用有铅的压电陶瓷而开发研究无铅压电陶瓷的目的