Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3基无铅压电陶瓷的研究进展

Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3基无铅压电陶瓷是目前应用前景最广阔的一类无铅压电陶瓷,本文综述了无铅压电陶瓷的发展概况,系统地概括了国内外从离子掺杂、添加第二组元形成固溶体和晶粒定向生长形成织构陶瓷3个方面对改善Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3基无铅压电陶瓷性能的研究现状,对无铅压电陶瓷的发展进行了展望。     

BiFeO_3掺杂0.94Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3-0.06BaTiO_3压电陶瓷的相结构及电学性能

采用固相反应烧结工艺制备了(1-x)(0.94Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3-0.06BaTiO_3)-xBiFeO_3(BNBT6-xBF,0.02≤x≤0.10,x为物质的量分数)无铅压电陶瓷,研究了BiFeO_3掺杂量(即x)对陶瓷晶体结构,介电、铁电和场致应变性能的影响。结果表明:制备得到的BNBT6-xBF陶瓷均为纯钙钛矿结构;当x0.08时,陶瓷晶体结构仍然处于准同型相界,当x=0.09时,陶瓷晶体结构开始向伪立方相转变;掺杂BiFeO_3有利于提高陶瓷的介电常数;随着BiFeO_3掺杂量的增加,陶瓷从铁电相向弛豫铁电相转变,铁电性能不断被削弱;陶瓷的场致应变先增大后减小,在x=0.09时达到最大,为0.28%,其等效压电常数为440pm·V~(-1)。     

(0.94-y)Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3-0.06BaTiO_3-yBiCrO_3陶瓷的制备与性能

用固相合成法制备了(0.94-y)Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3-0.06BaTiO_3-yBiCrO_3无铅压电陶瓷。讨论BaTiO_3固定量的前提下,BiCrO_3的添加对陶瓷的各项性能的影响。测试结果证明:少量BiCrO_3的加入对所制备的陶瓷结构、形貌影响不明显;样品中BiCrO_3的含量为0.02时,制备的试样的各项性能取得了较好的值。     

K_(0.5)Na_(0.5)NbO_3无铅压电陶瓷的烧结特性

为了制备高性能无铅压电陶瓷,采用固相合成法和水热法合成了(KxNa1-x)NbO3 (KNN)无铅压电陶瓷粉体.利用压制成型法在不同压力下成型,对不同粉体的烧结性能进行了对比,研究了粘结剂(PVA)添加量和陶瓷密度之间的关系,测量了用不同电压极化后陶瓷的压电特性,以及介电常数与温度之间的关系.结果表明:与固相合成法相比,水热合成的粉体有更好的烧结性,添加K会降低陶瓷的烧结性,陶瓷的密度对烧结温度非常敏感.1 050 ℃保温2 h得到的K0.5Na0.5NbO3陶瓷具有较高的压电常数d33 (90 pC/N),该陶瓷的居里温度为410 ℃.     

(Na_(0.52)K_(0.44)Li_(0.04))(Nb_(0.9)Sb_(0.04)Ta_(0.06))O_3压电陶瓷及蜂鸣器的制备与性能

采用固相烧结法制备了ф15mm×0.1mm的(Na_(0.52)K_(0.44)Li_(0.04))(Nb_(0.9)Sb_(0.04)Ta_(0.06))O_3压电陶瓷,研究了其微观结构、电学性能以及热退极化性能;将该陶瓷封装制成蜂鸣器,测试了其声学性能并与市购铅基蜂鸣器进行了对比。结果表明:该陶瓷具有单一的四方相钙钛矿结构,在低于其居里温度(265℃)条件下的压电常数、机电耦合系数分别约为280pC·N~(-1),达到未升温陶瓷的89.2%,温度稳定性好;在1~4kHz、9V交流电条件下,由该陶瓷组装的蜂鸣器的声压级略小于铅基蜂鸣器的,在2kHz、3V条件下则大于铅基蜂鸣器的,且该蜂鸣器在-40~85℃的声学性能稳定。     

0.95K_(0.47)Na_(0.47)Li_(0.06)NbO_3-0.05Ba_xSr_(1-x)TiO_3无铅压电陶瓷的微观结构与性能

采用传统的陶瓷制备技术制备了0.95K0.47Na0.47Li0.06NbO3-0.05BaxSr1-xTiO3体系无铅压电陶瓷,研究了该体系陶瓷的微观结构与压电、介电性能。结果表明:在1 165℃烧结4 h的条件下,该体系陶瓷能形成单一的钙钛矿型结构;随着x值的增大,陶瓷的压电、介电性能先增后降,并在x为0.85时性能达到最佳,其压电常数为136 pC/N,机电耦合系数为39%,机械品质因数为146,介电常数为1 327,介质损耗为0.021。     

Ba(Fe_(0.5)Nb_(0.5))O_3基复相陶瓷的制备与介电性能

采用粉末烧结法制备了添加不同质量分数(10%~40%)玻璃的Ba(Fe_(0.5)Nb_(0.5))O_3基复相陶瓷,利用X射线衍射仪、扫描电镜、阻抗测试仪等研究了其微观结构和介电性能。结果表明:该复相陶瓷的主晶相为立方钙钛矿结构的Ba(Fe_(0.5)Nb_(0.5))O_3相,随着玻璃添加量的增加,复相陶瓷的晶粒尺寸逐渐减小,孔隙率降低;不同玻璃含量复相陶瓷均具有良好的介电性能,其相对介电常数和介电损耗角正切均随玻璃添加量的增加而降低;添加40%玻璃的复相陶瓷击穿场强最大,为296kV·cm~(-1),添加10%玻璃的储能密度最大,为1.324J·cm~(-3),晶界相对改善Ba(Fe_(0.5)Nb_(0.5))O_3基复相陶瓷的击穿场强起主要作用。     

新型无铅Na_(0.5)Y_(0.5)TiO_3铁电薄膜的制备及性能

采用射频磁控溅射法在[001]取向的掺铌钛酸锶(Nb:STO)单晶衬底上制备Na_(0.5)Y_(0.5)TiO_3(NYT)铁电薄膜,研究了该铁电薄膜的物相组成、显微结构、铁电性能、电输运性能。结果表明:NYT薄膜具有[001]取向的外延结构,其表面平整,界面清晰,结晶质量良好;NYT薄膜具有铁电性能,其剩余极化强度为0.3μC·cm~(-2),矫顽场为178kV·cm~(-1);NYT薄膜/电极界面存在肖特基势垒,反偏状态的肖特基结能够显著降低NYT薄膜的漏电流密度,提高其耐压强度,肖特基结处于正偏状态时的电流传导符合陷阱态控制的空间电荷限制电流机制。     

镧掺杂量对Pb(1-2x/3)Lax(Ti0.99Mn0.01)O3压电陶瓷性能的影响

采用固相烧结法制备了Pb(1-2x/3)Lax(Ti0.99 Mn0.01)O3压电陶瓷,研究了镧掺杂量(x=0.005,0.045,0.075,0.150,物质的量分数)对压电陶瓷晶格常数、压电各向异性、介电常数、介电损耗、居里温度以及机械品质因数的影响.结果表明:随着镧掺杂量增加,压电陶瓷晶格的轴向比(c/a)减小,各向异性和四方相结构减弱,介电损耗减小,机械品质因数增大;镧的掺杂有利于压电性能的改善,但会造成压电各向异性减弱,居里温度降低,介电常数增大.     

(Ba_(0.7)Sr_(0.3))_(4.8)(Sm_(1-β)La_β)_(8.8)Ti_(18)O_(54)(β=0.1～0.5)陶瓷的微波介电性能

采用固相合成法制备了(Ba_(0.7)Sr_(0.3))_(4.8)(Sm_(1-β)La_β)_(8.8)Ti_(18)O_(54)(β=0.1～0.5)系列微波介质陶瓷,并对其进行了物相组成、显微结构分析和微波介电性能测试。结果表明:当β≤0.4时,(Ba_(0.7)Sr_(0.3))_(4.8)(Sm_(1-β)La_β)_(8.8)Ti_(18)O_(54)陶瓷为单相柱状的类钙钛矿钨青铜结构固溶体;当β0.4时,陶瓷内出现第二相BaTi_6O_(13);随着La~(3+)含量的增加,陶瓷的介电常数ε_r和谐振频率温度系数τ_f单调上升,品质因数Q_f线性减小;当β=0.4时陶瓷的微波介电性能最佳,ε_r=100.23,Q_f=5 110 GHz,τ_f=19.3×10~(-6)/℃,其ε_r值远高于Ba_(6-3x)Sm_(8+2x)Ti_(18)O_(54)陶瓷的,且谐振频率温度系数近似为零。     

Na_2O含量对金刚石砂轮用Na_2O-SiO_2-Al_2O_3-B_2O_3系陶瓷结合剂性能的影响

采用球磨法制备Na_2O质量分数分别为12.31%,9.31%,7.31%的Na_2O-SiO_2-Al_2O_3-B_2O_3系陶瓷结合剂,研究了Na_2O含量对烧结前后陶瓷结合剂的物相组成、力学性能、热膨胀系数,以及对陶瓷结合金刚石砂轮抗弯强度的影响。结果表明:较高的Na_2O含量有利于抑制石英相的析出;随着Na_2O含量的增加,烧结后陶瓷结合剂的硬度和抗弯强度降低,热膨胀系数在较低温度(620~640℃)烧结后增大,在较高温度(660~680℃)烧结后先增后降;当Na_2O的质量分数为9.31%、烧结温度为680℃时,所得陶瓷结合金刚石砂轮的抗弯强度最大,为53.5 MPa;3种陶瓷结合剂制备得到的金刚石砂轮具有相似的微观结构。     

BiScO_3-xPbTiO_3-yPb(Yb_(1/2)Nb_(1/2))O_3压电陶瓷的性能

用前驱体法制备出了BiScO_3-xPbTiO_3-yPb(Yb_(1/2)Nb_(1/2))O_3(BS-xPT-yPYN,y=0.10,0.15,0.20,0.30)压电陶瓷,研究了PYN物质的量分数y对陶瓷微观形貌、物相组成、相结构、铁电性能以及压电性能的影响。结果表明:随着y的增大,BS-xPT-yPYN压电陶瓷的晶粒尺寸逐渐增大,体系发生菱方相向四方相的转变,压电性能逐渐下降;当y=0.10时,压电陶瓷的矫顽电场强度E_c越高,其剩余极化强度P_r的增长越明显。     

稀土Y3+取代(Bi1.5Zn0.5)(Ti1.5Nb0.5)O7陶瓷材料

研究了Y^3 取代对(Bi1．5-xYxZn0.5)(Ti1．5Nb0．5)O7(0≤x≤1．5，BYZNT)陶瓷结构和介电性能的影响。结果表明：未用Y^3 取代的BZNT陶瓷，其结构为立方焦绿石单相；在整个取代范围内，BYZNT陶瓷的结构仍然保持立方焦绿石单相。同时，随着Y^3 取代的增加，晶胞常数减小，介电性能随结构的变化而呈现有规律的变化。     

Zr~(4+)B位取代对Ba_(6-3x)La_(8+2x)Ti_(18)O_(54)(x=2/3)陶瓷结构及介电性能的影响

采用固相反应法研究了Zr~(4+)B位取代Ti~(4+)对Ba_(6-3x)La_(8+2x)Ti_(18)O_(54)(x=2/3)陶瓷结构和介电性能等的影响。结果表明:Zr~(4+)B位取代可使Ba_(6-3x)La_(8+2x)Ti_(18)O_(54)(x=2/3)陶瓷的烧结温度从1 350℃升高到1 600℃;在一定范围内Zr~(4+)取代Ti~(4+)可形成单相类钙钛矿钨青铜型固溶体,Zr~(4+)最大固溶度不超过0.2,超过这一范围,Ba_2ZrO_4会作为第二相出现在固溶体中;少量Zr~(4+)取代Ti~(4+)使Ba_(6-3x)La_(8+2x)(Ti_(1-z)Zr_z)_(18)O_(54)(x=2/3)陶瓷的品质因数大幅度提高,谐振频率温度系数得到改善,但介电常数下降;当Zr~(4+)掺杂量z=0.05时,1 400℃保温2 h烧结后陶瓷获得较佳的微波介电性能,ε_r=86.83,Q_f=5 875 GHz,τ_f=81.99×10~(-6)/℃。     

0.13BZT-xBS-(0.87-x)PT压电陶瓷的电学性能及其温度稳定性

采用固相反应法制备了0.13Bi(Zn_1/2Ti_1/2)O₃-xBiScO₃-(0.87-x)PbTiO₃[0.13BZT-xBS-(0.87-x)PT](0.28≤x≤0.36)压电陶瓷,研究了陶瓷的微观结构、电学性能及其温度稳定性。结果表明：随着x的增大,陶瓷由四方相转变为三方相结构,当x不低于0.34时,出现了Bi₃₈ZnO₆₀析出相;随着x的增大,陶瓷的剩余极化强度P_r、压电常数d₃₃、机电耦合系数k_p和相对介电常数ε_r均先增大后减小,居里温度T_c降低,当x为0.32时,陶瓷的综合电学性能最优,P_r,d₃₃,k_p,ε_r最大,分别为31.5μC·cm^-2,283 pC·N^-1,0.37,1 ...     

掺杂CuO的（1-x）Ca0.61Nd0.26TiO3+xNd(Mg1/2Ti（1/2）)O3复合陶瓷的微波介电性能

采用固相合成法制备了掺杂CuO的(1-x)Ca0.61Nd0.26TiO3+xNd(Mg1/2Ti1/2)O3微波介质复合陶瓷材料,研究了不同成分复合陶瓷烧结后的密度、微观结构以及介电性能的变化规律。结果表明:随着x值的增大,复合陶瓷的介电常数呈下降趋势,Q.f值逐渐升高,谐振频率温度系数由正变为负,且在0.3相似文献   

B位替代对Bi_2(Zn_(1/3)Nb_(2/3))O_7陶瓷介电性能的影响

采用传统的二次球磨固相反应法制备了Bi2(Zn1/3 Nb2/3-x)O7(M为Sn,Zr,Ti)陶瓷,并使用X射线衍射仪、扫描电镜、介电性能测试仪等研究了Sn4+,Zr4+,Ti4+的B位替代对陶瓷烧结温度、物相、显微形貌以及介电性能的影响.结果表明:当替代量x≤0.25时,所得陶瓷均保持单一的单斜焦绿石相结构;Zr4+,Ti4+什替代的陶瓷达到最致密的烧结温度与未经替代的一致,而Sn4+替代的陶瓷在1 020℃烧结才可以达到最致密;用Ti4+,Zr4+替代的陶瓷晶粒尺寸与基体的相当,而Sn4+替代的陶瓷晶粒尺寸大小不一;Sn4+,Zr4+替代的陶瓷介电常数温度系数随着替代量的增加逐渐减小,Sn4+替代的陶瓷在x=0.25时为负值,Ti4+替代的陶瓷介电常数温度系数随着替代量的增加先增大后减小,但始终为正值.     

锂、钒掺杂对Bi_2(Zn_(1/3)Nb_(2/3))_2O_7陶瓷烧结温度和介电性能的影响

采用固相反应法制备出了(Bi1.975Li0.025)(Zn2/3Nb4/3-xVx)O7陶瓷,研究了锂、钒掺杂对于Bi2(Zn1/3Nb2/3)2O7(BZN)陶瓷烧结温度、相结构和介电性能的影响。结果表明:锂、钒掺杂能显著降低BZN陶瓷的烧结温度,可由1 000℃降至860℃;当掺杂量x≤0.05时,陶瓷相结构保持单一的单斜焦绿石相,介电损耗出现明显的弛豫现象;当x为0.005,0.01,0.02和0.05时,陶瓷的介电弛豫峰值温度分别为125,120,112,100℃,介电弛豫激活能的减小使弛豫温区向低温方向移动。     

Mo_5Si_3-20%Al_2O_(3p)复相陶瓷的制备及摩擦磨损性能

采用机械球磨/热压烧结法制备了Mo5Si3金属陶瓷和Mo5Si3-20%(质量分数,下同)Al_2O_(3p)复相陶瓷,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、硬度计和摩擦磨损试验机等分析了其微观结构、力学性能和摩擦磨损性能。结果表明:Mo5Si3-20%Al_2O_(3p)复相陶瓷的主要物相为Mo5Si3、Al_2O_3和少量Mo3Si;复相陶瓷的相对密度、硬度和断裂韧性均高于单相Mo5Si3金属陶瓷的,且其摩擦因数和磨损率较低,摩擦因数随时间的变化较平缓,表现出更好的摩擦磨损性能;与GCr15钢球对磨时,Mo5Si3金属陶瓷的主要磨损机制为黏着和疲劳剥落,Mo5Si3-20%Al_2O_(3p)复相陶瓷的则为磨粒磨损,二者同时存在氧化磨损。     

掺铝改善镧-镁-镍贮氢合金电极的性能

为了提高镧-镁-镍贮氢合金电极的性能,向该合金粉体中掺加少量的铝粉,并用放电等离子烧结技术制备了La0.7Mg0.3Ni2.5-xCo0.5Alx(x=0～0.3)合金,用X射线衍射仪、扫描电镜和电化学测试系统等研究了该合金的组织和相应的性能。结果表明:制备的合金为多相结构,主相均为六方Ce2Ni7型的(La,Mg)2Ni7相和菱方PuNi3型的(La,Mg)Ni3相,另外还有少量的Mg2Ni相或AlCo相和AlLa3相;合金的最大放电容量在x=0时达到最大值359.0 mAh/g,随x值的增大,放电容量逐渐减小,当x=0.3时降低到294.8 mAh/g;合金均具有良好的活化性能(初始活化次数为1～2次);元素铝的加入对合金循环稳定性的作用不明显,但降低了合金的放电平台电压和放氢压力,降低幅度约为2.5%。