新型超高温压电陶瓷材料的组分、结构与性能

高温压电传感器在航天、核能、冶金、汽车、船舶等领域有很大的应用需求,但居里温度超过650℃的压电陶瓷材料种类较少，压电性能一般较弱，难以满足实用的要求。目前该类材料研究多集中在具有铋层结构的钛酸铋系和钛酸铋钙系等少数几类，但压电性能难以获得较大提高。本申请拟以我们近期发现的UHT-P新型结构超高温压电陶瓷材料（d33=36pC/N；Tc=660℃）为切入点，通过重点研究该类新型材料的室温相结构、相变过程、电畴及其变化与高居里温度、强压活性的内在关联及相关物理机制，建立探索超高温压电材料的新的理论指导。同时，通过进一步的组分改性和相关制备工艺的优化研究，最终获得居里温度超过650℃、压电常数d33大于50pc/N的新型超高温压电陶瓷材料。

铋层状结构压电陶瓷具有高的居里温度，可用作高温压电传感器的核心元件，在航天航空、核能和冶金等军事和民用领域有广泛的应用。但居里温度超过900 oC的压电陶瓷材料种类稀少，压电性能很弱。本项目拟以我们近期成功制备的高性能超高温CaBi2Nb2O9压电陶瓷材料（d33=16 pC/N）为切入点，展开对超高温CaBi2Nb2O9陶瓷的性能调控和晶粒定向研究，拟分别采用热压和模板晶粒生长法制备织构化CaBi2Nb2O9陶瓷。在模板晶粒生长法制备中，以针状Ca2Nb2O7为模板晶粒，制备取向度高、压电铁电性能好的织构化CaBi2Nb2O9陶瓷材料，探究晶粒的生长机制，最终获得居里温度在900 oC左右，压电常数d33不低于30 pC/N 的高性能超高温CaBi2Nb2O9压电陶瓷材料。同时我们将探索高性能超高温压电材料的制备新途径，寻求研制高性能超高温压电陶瓷的理论指导。

《材料的结构与性能》介绍了：金属材料、陶瓷材料、高分子材料等固体材料所共有的结构特征与性能特征。

主要内容包括单相材料的结构；多相材料的结构；热处理基础；马氏体相变；材料的机械性能；材料的物理性能及材料的化学性能。

《材料的结构与性能》可作为大学材料学科、材料力学学科以及机械学科的本科生和研究生试用教材，也可以作为相关学科领域的研究者及技术人员的参考用书。

本项目以未来超高温隔热陶瓷为研究对象，拟探明声子与光子对超高温陶瓷隔热性能的影响规律，进而对超高温隔热陶瓷的成分、结构和性能进行设计,采用第二相掺杂等途径对超高温陶瓷的成分、结构和隔热性能进行调控；拟采用化学共沉淀和湿混等实验手段合成各相分布均匀和粒度可控的超高温隔热陶瓷粉体；拟通过对超高温隔热陶瓷的成分、结构和隔热性能三者内在关系的深入探索，建立超高温隔热陶瓷的隔热性能调控机制，揭示隔热机理，为最终制备出高隔热性能的超高温陶瓷以及有效调控陶瓷的隔热性能提供理论指导。本项目研究在超高温隔热陶瓷热传导理论的基础研究方面具有重要的科学意义，将进一步丰富和发展我国的超高温隔热陶瓷材料体系，为我国自主研发高性能重型燃气轮机和新型航空发动机等高温热机做好技术储备。同时该研究对充分利用好我国丰富的稀土资源，加速我国稀土的产业开发也具有重要的意义。