新型超高溫壓電陶瓷材料的組分、結(jié)構(gòu)與性能

高溫壓電傳感器在航天、核能、冶金、汽車、船舶等領域有很大的應用需求,但居里溫度超過650℃的壓電陶瓷材料種類較少，壓電性能一般較弱，難以滿足實用的要求。目前該類材料研究多集中在具有鉍層結(jié)構(gòu)的鈦酸鉍系和鈦酸鉍鈣系等少數(shù)幾類，但壓電性能難以獲得較大提高。本申請擬以我們近期發(fā)現(xiàn)的UHT-P新型結(jié)構(gòu)超高溫壓電陶瓷材料（d33=36pC/N；Tc=660℃）為切入點，通過重點研究該類新型材料的室溫相結(jié)構(gòu)、相變過程、電疇及其變化與高居里溫度、強壓活性的內(nèi)在關聯(lián)及相關物理機制，建立探索超高溫壓電材料的新的理論指導。同時，通過進一步的組分改性和相關制備工藝的優(yōu)化研究，最終獲得居里溫度超過650℃、壓電常數(shù)d33大于50pc/N的新型超高溫壓電陶瓷材料。

鉍層狀結(jié)構(gòu)壓電陶瓷具有高的居里溫度，可用作高溫壓電傳感器的核心元件，在航天航空、核能和冶金等軍事和民用領域有廣泛的應用。但居里溫度超過900 oC的壓電陶瓷材料種類稀少，壓電性能很弱。本項目擬以我們近期成功制備的高性能超高溫CaBi2Nb2O9壓電陶瓷材料（d33=16 pC/N）為切入點，展開對超高溫CaBi2Nb2O9陶瓷的性能調(diào)控和晶粒定向研究，擬分別采用熱壓和模板晶粒生長法制備織構(gòu)化CaBi2Nb2O9陶瓷。在模板晶粒生長法制備中，以針狀Ca2Nb2O7為模板晶粒，制備取向度高、壓電鐵電性能好的織構(gòu)化CaBi2Nb2O9陶瓷材料，探究晶粒的生長機制，最終獲得居里溫度在900 oC左右，壓電常數(shù)d33不低于30 pC/N 的高性能超高溫CaBi2Nb2O9壓電陶瓷材料。同時我們將探索高性能超高溫壓電材料的制備新途徑，尋求研制高性能超高溫壓電陶瓷的理論指導。

《材料的結(jié)構(gòu)與性能》介紹了：金屬材料、陶瓷材料、高分子材料等固體材料所共有的結(jié)構(gòu)特征與性能特征。

主要內(nèi)容包括單相材料的結(jié)構(gòu)；多相材料的結(jié)構(gòu)；熱處理基礎；馬氏體相變；材料的機械性能；材料的物理性能及材料的化學性能。

《材料的結(jié)構(gòu)與性能》可作為大學材料學科、材料力學學科以及機械學科的本科生和研究生試用教材，也可以作為相關學科領域的研究者及技術人員的參考用書。

本項目以未來超高溫隔熱陶瓷為研究對象，擬探明聲子與光子對超高溫陶瓷隔熱性能的影響規(guī)律，進而對超高溫隔熱陶瓷的成分、結(jié)構(gòu)和性能進行設計,采用第二相摻雜等途徑對超高溫陶瓷的成分、結(jié)構(gòu)和隔熱性能進行調(diào)控；擬采用化學共沉淀和濕混等實驗手段合成各相分布均勻和粒度可控的超高溫隔熱陶瓷粉體；擬通過對超高溫隔熱陶瓷的成分、結(jié)構(gòu)和隔熱性能三者內(nèi)在關系的深入探索，建立超高溫隔熱陶瓷的隔熱性能調(diào)控機制，揭示隔熱機理，為最終制備出高隔熱性能的超高溫陶瓷以及有效調(diào)控陶瓷的隔熱性能提供理論指導。本項目研究在超高溫隔熱陶瓷熱傳導理論的基礎研究方面具有重要的科學意義，將進一步豐富和發(fā)展我國的超高溫隔熱陶瓷材料體系，為我國自主研發(fā)高性能重型燃氣輪機和新型航空發(fā)動機等高溫熱機做好技術儲備。同時該研究對充分利用好我國豐富的稀土資源，加速我國稀土的產(chǎn)業(yè)開發(fā)也具有重要的意義。