Bi2O3掺杂Ba0.85Ca0.15(Zr0.1Ti0.88Mn0.02)O3压电陶瓷及微型气泵的制备与性能研究

采用固相法制备了Bi₂O₃掺杂的Ba_0.85Ca_0.15(Zr_0.1Ti_0.88Mn_0.02)O₃压电陶瓷，研究了体系的微观结构，以及Bi₂O₃掺杂量对体系压电性能的影响；将体系最优性能的样品装配成微型气泵，并与日本村田的MZB1001T02微型泵进行了性能对比。研究表明，Bi₂O₃掺杂Ba_0.85Ca_0.15(Zr_0.1Ti_0.88Mn_0.02)O₃的无铅压电陶瓷呈单一的钙钛矿结构，少量的Bi₂O₃掺杂使体系保持了三方-四方相共存的特性。当掺杂量(质量分数)为0.05%时，样品晶粒分布均匀，介电和压电性能最优，即ε^T_33...     

BiCrO_3掺杂Na_(0.5)K_(0.5)NbO_3压电陶瓷的制备与性能

采用传统固相合成法制备了BiCrO3掺杂Na0.5K0.5NbO3无铅压电陶瓷。借助XRD、SEM等手段对该陶瓷的显微结构与电性能进行了研究。结果表明,当BiCrO3掺杂量为0.2%～1.0%(摩尔分数),样品均为ABO3型钙钛矿结构。当BiCrO3掺杂量为0.4%(摩尔分数)时,所得陶瓷样品具有最优综合电性能,其压电常数d33、机电耦合系数kp、机械品质因素Qm、斜方–四方相变温度tO-T和居里温度tC分别为138pC/N,0.32,30,175℃和410℃。     

BiFeO_3改性Bi_(1/2)Na_(1/2)TiO_3-BaTiO_3基陶瓷电性能

采用固相反应法制备了新型(0.95–x)Bi1/2Na1/2TiO3-0.05BaTiO3-xBiFeO3(x=0~0.09)系无铅压电陶瓷,研究了BiFeO3掺杂量对其晶体结构、介电及压电性能的影响。结果表明:在所研究的组成范围内陶瓷均能形成纯钙钛矿型固溶体。介温曲线(10kHz)显示该陶瓷体系具有明显的弥散相变特征。该陶瓷体系的压电性能较Bi1/2Na1/2TiO3-BaTiO3陶瓷(d33=125pC/N)有较大提高,当x=0.05时,具有最佳的压电性能:d33=142pC/N,kp=0.29;此时εr=891,tanδ=0.046,Qm=110。     

Ca掺杂(Bi_(0.5)Na_(0.5))TiO_3-BaTiO_3压电陶瓷结构与性能

采用传统电子陶瓷工艺制备了(Bi0.5Na0.5)0.93(Ba1-xCax)0.07TiO3(x=0.02,0.04,0.06,0.08或0.10)陶瓷,研究了Ca掺杂量对陶瓷的结构、介电、压电性能的影响。结果表明,陶瓷样品均形成了单一的钙钛矿结构固溶体。陶瓷的介电、压电性能受Ca掺杂量的影响显著。所有陶瓷样品均表现出弥散相变特征。x=0.04时,室温εr达到最大值1451.7,且tanδ较小,为0.042;当x=0.06时,d33和kp达到最大,分别为140.5pC/N和19.7%。     

Co_2O_3掺杂对BCTZ无铅压电陶瓷的性能影响

采用固相法制备了(Ba0.85Ca0.15)(Ti0.92Zr0.08)O3-x%Co2O3(BCTZ-xCo,x=0¹.4)无铅压电陶瓷。研究了不同Co掺杂量对该陶瓷的显微结构、介电性能及压电性能的影响。结果表明,所有样品均具有单一的钙钛矿结构,随Co2O3含量的增加,晶粒尺寸逐渐细化减小,介电常数εr、压电常数d33、平面机电耦合系数kp均呈下降趋势。机械品质因数Qm显著增大,当x=0.7时,具有最佳的综合电性能,其中d33=392pC/N,kp=46.0%,Qm=435,介电损耗tanδ=0.62%,表明BCTZ-xCo陶瓷材料是一种具有应用前景的无铅压电材料。     

Bi过量和Mn掺杂的钛酸铋钠基无铅压电陶瓷

采用传统电子陶瓷制备工艺制备(1–y)(Na0.5Bi0.5)TiO3-yBa(ZrxTi1–x)O3无铅压电陶瓷,获得了d33高达185pC/N的0.94(Na0.5Bi0.5)TiO3-0.06Ba(Zr0.055Ti0.945)O3压电陶瓷。对Bi的挥发进行了补偿,添加过量Bi2O3(摩尔分数z=0.08)的钛酸铋钠基压电陶瓷,d33高达218pC/N。研究了Mn掺杂对钛酸铋钠基陶瓷压电、介电性能和损耗的影响,获得了高性能的无铅压电陶瓷,其中d33为214pC/N,kt为0.44,k33为0.52。     

LiSbO3掺杂NBT-KBT无铅压电陶瓷的研究

采用固相法制备了LiSbO3掺杂0.8(Na0.5 Bi0.5) TiO3-0.2(K0.5Bi0.5)TiO3(简称NBT-KBT-LS)无铅压电陶瓷,研究了LS的不同摩尔分数掺杂(0≤x≤1.50％)对样品的显微结构及电性能的影响.结果表明,所制备的NBT-KBT-LS陶瓷样品均为单一的钙钛矿结构,LS的掺入促进了晶粒的长大,但由于Bi3+与Na+的挥发,导致块状晶粒的出现.掺杂一定量的LS,陶瓷的压电常数d33、机电耦合系数kp、机械品质因子Qm、剩余极化强度Pr与矫顽场Ec均增大,表现出“软硬双性”的掺杂作用.当x=0.75％时,材料的性能最佳:d33=154 pC/N,kp=0.268,Qm =107.     

LiSbO3掺杂NBT KBT无铅压电陶瓷的研究

采用固相法制备了LiSbO3掺杂0.8(Na0.5Bi0.5)TiO3-0.2(K0.5Bi0.5)TiO3 (简称NBT-KBT-LS)无铅压电陶瓷,研究了LS的不同摩尔分数掺杂(0≤x≤1.50%)对样品的显微结构及电性能的影响。结果表明,所制备的NBT KBT LS陶瓷样品均为单一的钙钛矿结构,LS的掺入促进了晶粒的长大,但由于Bi3+与Na+的挥发,导致块状晶粒的出现。掺杂一定量的LS,陶瓷的压电常数d33、机电耦合系数kp、机械品质因子Qm、剩余极化强度Pr与矫顽场Ec均增大,表现出“软硬双性”的掺杂作用。当x=0.75%时,材料的性能最佳：d33=154 pC/N,kp=0.268,Qm=107。     

In_2O_3掺杂Bi_(0.5)(Na_(0.82)K_(0.18))_(0.5)TiO_3无铅压电陶瓷的研究

以准同型相界组成Bi0.5(Na0.82K0.18)0.5TiO3(BNT)为基础配方,In2O3为改性剂,研究了In2O3掺杂量对Bi0.5(Na0.82K0.18)0.5TiO3无铅陶瓷晶体结构和电性能的影响。XRD分析表明,所有样品的相结构均为纯钙钛矿固溶体。陶瓷的晶粒尺寸随掺杂量的增加而增加。介电常数-温度曲线显示陶瓷具有两个介电反常峰tf和tm,在tm的介电常数εm随掺杂量的增加而下降,tf和tm都随掺杂量的增加向高温移动。当In2O3摩尔分数为0.1%时,压电性能达最大值:d33=141pC/N,kp=0.32。     

CuO/CeO_2共掺杂Ba_(0.85)Ca_(0.15)Zr_(0.1)Ti_(0.9)O_3无铅压电陶瓷性能研究

采用固相反应法制备了CuO、CeO2共掺杂Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3(BCZT)无铅压电陶瓷,研究了CuO的掺杂量对所制陶瓷晶体结构、压电及介电性能的影响。结果表明:CuO的加入,进一步降低了预先经0.05%(质量分数)CeO2掺杂的BCZT陶瓷的烧结温度;在1 250℃烧结时,仍可获得纯钙钛矿结构的BCZT陶瓷。当CuO掺杂量为质量分数0.2%时,所制BCZT陶瓷具有最佳的压电性能:d33=370 pC/N,tC约为93℃,tanδ=0.0147。     

Bi(Fe_(0.9)Mn_(0.1))O_(3+σ)对KNN基陶瓷的相结构及电性能的影响

采用固相烧结法制备了K0.5Na0.5NbO3-LiSbO3-xBi(Fe0.9Mn0.1)O3+σ(KNN-LS-BF9M1)无铅压电陶瓷,研究了不同BF9M1掺杂量(x分别为0,0.002,0.004,0.006,0.008)对所制陶瓷的显微结构、物相组成及电性能的影响。结果表明,少量BF9M1掺杂能有效抑制KNN陶瓷晶粒的生长,促进组织致密化。当x从0增加到0.006时,样品发生正交-四方相变,同时正交-四方相变温度to-t从95℃降低到40℃;另一方面,压电性能得到明显提高、介质损耗有所降低。当x=0.006时,样品具有最好电性能:d33=260 pC/N,tanδ=2.03×10–2,kp=51.9%,εr=1 241,Qm=44.7,tC=345℃,to-t=45℃。     

应用于压电能量收集器的PZT PZN系陶瓷材料

压电材料作为环境振动能量收集器的核心功能材料,是制备高性能能量收集器的关键。该文从提高能量收集效率入手,研究适合于能量转换的高性能压电陶瓷材料。采用两步合成工艺制备出了0.7Pb(Zr0.51Ti0.49)0.99O3-0.3Pb(Zn1/3Nb2/3)O3(PZT-PZN)压电陶瓷,研究了La2O3掺杂对其微观结构和机电性能的影响。实验结果表明,掺杂少量的La2O3能显著提高PZT-PZN陶瓷的压电系数(d33)、机电耦合系数(k31、kp)、介电常数(εr)等。当掺杂量为4%(摩尔分数)时,在1 200℃烧结PZT-PZN,显示出良好的压电和介电性能:d33=560pC/N,k31=0.376,kp=0.642,s1E1=16.5×10-12 m2/N,εr=3 125。     

(Na_(0.5)K_(0.5-x)Li_x)NbO_3高温无铅压电陶瓷性能研究

为降低成本,采用传统电子陶瓷工艺制备了(Na0.5K0.5–xLix)NbO3(x=0.057～0.066)无铅压电陶瓷。Li取代K可以明显提高样品的居里温度(tC),x=0.066时样品的tC高达510℃,比纯(Na0.5K0.5)NbO3陶瓷高70℃左右。x=0.064时样品的d33高达212pC/N,kp为45.7%。x=0.063～0.066时样品的tanδ均低于0.020。特别是,x=0.066的样品经450℃退火24h,d33仍高达125pC/N。实验表明,(Na0.500K0.434Li0.066)NbO3是高性能的高温无铅压电陶瓷。     

CeO2 掺杂BNLKT陶瓷的压电性能与微观结构

利用企业的电子陶瓷工艺制备了CeO2掺杂Bi0.5(Na1-x-yLixKy)0.5TiO3无铅压电陶瓷,并研究了CeO2掺杂对该体系陶瓷的介电压电性能与微观结构的影响。X-射线衍射结果表明,掺杂的CeO2扩散进入了Bi0.5(Na1-x-yLixKy)0.5TiO3钙钛矿结构的晶格;SEM观察结果表明,少量的CeO2掺杂可改进该陶瓷的微结构;介电压电性能研究结果表明,CeO2掺杂对该陶瓷体系的综合性能有较大改善,室温下该体系配方的压电常数d33可达199 pC/N,径向机电耦合系数kp达39.3%,同时降低了陶瓷的介电损耗(tanδ=2.0%),提高了其机械品质因数。     

ZnO对(Pb0.915Ba0.04La0.03)(Zr0.65Sn0.3Ti0.05)O3反铁电陶瓷微结构和储能特性的影响

电介质陶瓷因其高功率密度而成为脉冲功率电子系统的理想材料。为满足日益增长的电子器件集成化、轻量化和小型化的要求，高介电常数、高储能密度和高储能效率的储能陶瓷具有重要的研究价值。采用传统固相反应法制备了(Pb_0.915Ba_0.04La_0.03)(Zr_0.65Sn_0.3Ti_0.05)O₃∶xZnO(x=0%,1%,2%,3%,4%,质量分数)反铁电复合陶瓷，系统研究了ZnO第二相对PBLZST陶瓷的微观结构、介电性能、铁电性能和储能性能的影响。结果表明：ZnO晶粒聚集在晶界处，具有细化晶粒的作用。随着ZnO含量的增加，复合陶瓷的介电常数、最大极化强度和击穿电场均呈现出先增大后减小的趋势；x=2%时复合陶瓷样品在外加电场强度为215 kV·cm^-1时，有效储能密度达到最高值5.40 J·cm^-3,对应的储能效率为81.3%。     

Sb_2O_3掺杂Pb(Zn_(1/3)Nb_(2/3))_0.20(Zr_(0.50)Ti_(0.50))_(0.80)O_3-0.5%MnO_2压电陶瓷性能

采用二步合成法制备了掺杂z%Sb_2O_3的Pb(Zn_(1/3)Nb_(2/3))_0.20(Zr_(0.50)Ti_(0.50))_(0.80)O_3-0.5%MnO_2(PZNTM)压电陶瓷(Sb_2O_3的质量分数为z=0、0.1、0.3、0.5、 0.7、0.9).探讨了不同剂量Sb_2O_3掺杂对陶瓷试样的相结构和机电性能的影响.结果表明,在1 150 ℃下烧结3 h,得到处在准同型相界附近的纯钙钛矿结构的陶瓷;随着Sb_2O_3掺杂量的增加,试样的压电常数d_(33)和机电耦合系数k_p先增大后减小,而介电损耗tan δ持续上升,机械品质因数Q_m则持续下降.当z＝0.3时,压电陶瓷的性能得到优化,d_(33)和k_p均达到最大值,分别为302 pC/N和0.60,而tan δ较小、Q_m较大,分别为0.006和880.     

锂掺杂对K0.5Na0.5NbO3无铅压电陶瓷电性能的影响

采用固相法制备了Li掺杂K0.5Na0.5NbO3无铅压电陶瓷,即K0.5Na0.5NbO3+x/2%Li2CO3(KNN-xL)。研究了不同Li摩尔分数(x分别为0,0.25,0.50,0.75,1.00,1.50)样品的物相组成、显微结构及电性能。结果表明,室温下所有样品都具有正交相的钙钛矿结构。随着Li摩尔分数的增加,样品的压电常数d33、平面机电耦合系数kp、机械品质因数Qm及密度ρ都先升高后降低,介电损耗tanδ普遍比未掺杂的低,当x=0.5时综合性能达到最优,即d33=122pC/N,kp=41%,Qm=115,εr=548,tanδ=0.022,ρ=4.32g/cm3。另外正交到四方相变温度逐渐降低,居里温度逐渐升高。     

(Na,K,Li)(Nb,Sb)O3无铅压电陶瓷的性能

采用传统的固相反应法和普通烧结工艺,制备了A位和B位复合的(Na0.5+xK0.44Li0.06–x)Nb0.95Sb0.05O3(x=0,0.006,0.012)系无铅压电陶瓷样品,并对样品的压电、机电性能进行了研究。结果表明:该陶瓷系列具有很高的压电应变常数(x=0.006时d33=243pC/N)、低的介质损耗(tanδ<2×10–2)、较高的机电耦合系数(x=0.012时,k33=0.632)、高的铁电顺电相变温度(tC约400℃)。这些性能显示了它是一种替代铅基PZT的具有很好应用前景的无铅压电陶瓷。     

银掺杂Bi0.5(Na0.825K0.175)0.5TiO3陶瓷的结构与性能

采用传统固相法制备了无铅压电陶瓷Bi0.5(NA0.825K0.175)0.5TiO3+x%Ag2O(BNKTA-x,质量分数x=0,0.1,0.3,0.5,0.7,1.0,1.5),利用XRD、SEM等测试技术分析表征了该体系陶瓷的结构、压电与介电性能.XRD分析表明,在1 175℃/2 h烧结条件下,当Ag的质量分数低于1.0%时,陶瓷呈单一相的钙钛矿结构.所有陶瓷晶粒大多成四方晶形,晶界明显,表面致密度高,Ag的引入促进了陶瓷晶粒的生长.另外,加入Ag后,陶瓷样品气孔率降低,当Ag的质量分数在0.3%附近时陶瓷的致密性最好.BNKTA-x体系陶瓷具有较好的电学性能:压电常数d33=147 pC/N,机电耦合系数kp=0.31,介电常数εr=1 059,介电损耗tanδ=0.029,机械品质因数Qm=247.     

Na补偿的(Na,Bi)TiO3-Ba (Zr,Ti)O3无铅压电陶瓷

研究了(1-y)(Na0.5Bi0.5)TiO3-yBa(ZrxTi1-x)O3无铅压电陶瓷,获得压电应变常数d33高达185 pC/N的0.94(Na0.5Bi0.5)TiO3-0.06Ba(Zr0.055Ti0.945)O3压电陶瓷。添加0.04%摩尔过量Na2CO3的0.94(Na0.5Bi0.5)TiO3-0.06Ba(Zr0.055Ti0.945)O3高性能压电陶瓷d33高达195 pC/N。研究发现添加Na2CO3添加量至0.04%摩尔,Na起到软性添加物的作用,添加量超过0.04%,Na起到硬性添加物的作用.理论解释了过量Na的这一特性.为了降低介电损耗,对0.94(Na0.5Bi0.5)TiO3-0.06 Ba(Zr0.055Ti0.945)O3陶瓷进行了(Ce,Mn)掺杂改性研究。