PSN-PZN-PZT四元系压电陶瓷的研究

采用传统的固相烧结方法制备了Pb(Sn_1/3Nb_2/3)O₃-Pb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃-PbZrO₃-PbTiO₃(PSN-PZN-PZT)四元系压电陶瓷, 并通过添加MnO₂、Sb₂O₃和Cr₂O₃以及改变Zr/Ti比来达到提高K _p和Q _m的目的. 同时也对Zr/Ti比对材料温度稳定性的影响进行了分析. 实验结果表明: 在960℃的预烧温度、1240℃的烧成温度下, 添加少量的MnO₂、Sb₂O₃和一部分Cr掺杂, 得到综合性能优良的压电材料: 室温下介电常数ξ₃₃^T/ξ₀=1669, 压电常数d₃₃=285×10^-12C/N, 机械品质因数Q _m=2179, 机电耦合系数K _p=54.9%, 介电损耗tanδ=0.4%. 可以满足超声马达和压电变压器等应用方面的要求.     

Zn-Al共掺对0.95MgTiO3-0.05CaTiO3介电性能的影响

采用固相反应法制备了 (Mg_0.93Ca_0.05Zn_0.02)(Ti_1-xAl_x)O₃介质陶瓷.研究了Zn-Al共掺杂对0.95MgTiO₃-0.05CaTiO₃(95MCT)陶瓷介电性能的影响.结果表明：Zn-Al共掺杂的95MCT陶瓷的主晶相为MgTiO₃和CaTiO₃两相结构,Zn-Al共掺杂可以抑制中间相MgTi₂O₅的产生,同时,有第二相CaAl₂O₄出现;Zn-Al共掺杂能有效地降低95MCT陶瓷的烧结温度至1300℃,改善介电性能,并对介电常数温度系数具有调节作用.当 Zn²⁺掺杂量为0.02mol、Al³⁺掺杂量为0.02mol时, 在1300℃烧结2.5h获得最佳性能：ε_r =20.35, tgδ=2.0×106, α_c=1.78×106.     

无铅压电陶瓷K0.5Na0.5NbO3-BiFeO3的烧结工艺与压电性能研究

采用传统常压固相烧结工艺制备了掺杂0.8at%BiFeO₃(BF)的K_0.5Na_0.5NbO₃(KNN) 无铅压电陶瓷,着重研究了烧结温度与保温时间对陶瓷的晶体结构、相转变、致密度与压电、介电性能的影响. 研究结果表明, 所有陶瓷样品都为单一的钙钛矿结构, 烧结温度与保温时间对陶瓷样品的室温晶体结构与相转变温度几乎没有影响, 但对陶瓷的表面形貌、密度和压电性能有较大的影响. 当保温时间为3h,在1100℃至1150℃范围内, 随烧结温度的升高,陶瓷的压电常数d33、平面机电耦合系数Kp及机械品质因数Qm均一直升高, 介电损耗tanδ则显著降低. 当烧结温度为1150℃时, 随保温时间的增加, 陶瓷的压电性能先显著提高后基本保持不变. 1150℃保温2h烧结的陶瓷获得良好的性能：密度ρ=4.50g/cm³（致密度为95.63%）, d₃₃=132pC/N, K_p=45%, Q_m=333.73, tanδ=2.39%.     

热压法制备0.3PZN-0.7PZT压电陶瓷研究

研究了热压法制备０．３ＰＺＮ－０．７ＰＺＴ系压电陶瓷过程中,铅含量以及热压和退火工艺对材料性能的影响．实验结果表明,适当降低铅含量、提高退火温度和退火时间可得到性能优良的压电陶瓷．制得的压电陶瓷密度接近理论密度,电性能指标为： ｄ_３３＝７１５ ｐＣ／Ｎ, Ｋ_ｐ＝０．６５, ｔｇδ＝２．９％, ε_ｒ＝３４５７, Ｑ_ｍ＝５０．１．     

铬掺杂对PZT-PMN陶瓷材料性能的影响

采用ＴＥＭ、ＳＥＭ、ＥＳＲ（电子自旋共振）结合常规压电性能测试手段研究了Ｃｒ_２Ｏ_３掺杂对ＰＺＴ－ＰＭＮ陶瓷的压电性能、微结构及畴态的影响．压电性能测试结果表明,当Ｃｒ_２Ｏ_３含量低于０．０６Ｗｔ％时,可使Ｋ_ｐ和Ｑ_ｍ同时提高,这说明铬掺杂同时兼具“软掺杂”与“硬掺杂”的双重特性．此外,还发现随着烧结温度的提高,材料性能“硬化”明显．ＥＳＲ谱分析表明,Ｃｒ离子主要以Ｃｒ^３＋和 Ｃｒ^５＋的方式共存,随着烧结温度的提高,它有从高价态 Ｃｒ^５＋或Ｃｒ^６＋向低价态转变的趋势,这一价态变化被认为是材料性能随烧结温度提高而“变硬”的主要原因之一．ＴＥＭ图片显示,随着掺杂的Ｃｒ_２Ｏ_３的浓度的增大,由于氧空位或受主离子与氧空位构成的缺陷复合体对畴壁的钉扎,电畴将从正规带状畴向波纹状畴转变．     

锰掺杂对0.2PZN-0.8PZT陶瓷压电性能的影响

研究了锰掺杂对0.2PZN-0.8PZT(PZNT)陶瓷微观结构及压电性能的影响,结果表明:随锰离子的添加,陶瓷晶粒长大,烧结致密;晶格发生畸变,体系的相结构由四方相向三方相过渡,居里点降低。此外,锰掺杂使材料体系“变硬”,ε₃₃^T/ε₀和tanδ变小,Q_m值增加,同时瓷体较高的致密度又保证了K_p不致降低。     

Li改性铌钽酸钾钠无铅压电陶瓷的研究

利用固相反应法制备了(Na _0.52 K _0.48-x Li _x)(Nb _0.86 Ta _0.10 Sb _0.04)O ₃系无铅压电陶瓷, 研究了不同Li含量(x分别为0、0.02、0.04、0.06、0.08)样品的显微结构、物相组成及电性能. 结果表明, Li含量的改变对其物相组成、压电性能、铁电性能、介电性能都有显著影响. 当Li含量x从0增大到0.04时, 其压电性能相应提高, 当Li含量x超过0.04时, 压电性能明显下降; 在x=0.04时综合性能最好, 其压电常数d₃₃高达260pC/N, 介电损耗tanδ为0.027, 平面机电耦合系数k_p值达到50%, 剩余极化强度P_r为22μC·cm^-2, 矫顽电场E_c为0.95kV·mm^-1, 居里温度为316℃. 另外, 随着Li含量增加, 该系统的矫顽电场明显增强, 居里温度有所提高.     

Sm2O3掺杂BaTiO3陶瓷的结构与电性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了掺杂不同浓度Sm₂O₃(分别为0.001,0.002,0.003,0.005,0.007mol)的BaTiO₃陶瓷,并对其结构与电性能进行了研究.结果表明:Sm₂O₃掺杂BaTiO₃陶瓷的晶型在室温下为四方相,而且随着Sm₂O₃掺杂浓度的增加,BaTiO₃陶瓷的晶粒尺寸变小,说明Sm₂O₃掺杂对BaTiO₃陶瓷晶粒的生长有一定的抑制作用;Sm₂O₃掺杂BaTiO₃陶瓷的电阻率比纯BaTiO₃陶瓷明显下降,当添加量为0.001mol时,电阻率最小,.从4.3×109Ω·m下降为6.536×103Ω·m;Sm₂O₃掺杂BaTiO₃陶瓷的晶粒电阻随着温度的变化,呈现NTC效应,而晶界电阻随着温度的变化,呈现PTC效应,且晶界电阻远远大于晶粒电阻,说明该材料的PTC效应是由晶界效应引起的.     

Ca0.3(Li1/2Sm1/2)0.7TiO3微波介质陶瓷的低温烧结研究

采用传统陶瓷制备工艺, 制备了掺杂Na₂O-CaO-B₂O₃(NCB)氧化物的Ca_0.3(Li_1/2Sm_1/2)_0.7TiO₃(CLST)陶瓷, 研究了NCB掺杂量与晶相组成、显微结构、烧结性能及微波介电性能的关系. 研究结果表明: 复合氧化物NCB掺杂量在1wt%～15wt%范围内没有杂相生成, 晶相仍呈斜方钙钛矿结构. 随着NCB添加量的增加, 陶瓷致密化温度和饱和体积密度降低, 介电常数ε_r、无载品质因数与谐振频率乘积Qf值也呈下降趋势, 频率温度系数τ_f向正方向增大. NCB氧化物掺杂能有效地将CLST陶瓷的烧结温度由1300℃降低至900℃. 添加12.5wt% NCB的CLST陶瓷在低温900℃烧结5h仍具有良好的微波介电性能: ε_r=73.7, Qf=1583GHz, τ_f=140.1×10-6/℃, 满足高介多层微波器件的设计要求.     

BiAlO3掺杂PZT陶瓷的高压电性能和低电场应变滞后

铅基压电陶瓷因其优异的压电性能, 被广泛应用于压电器件。其中, 压电驱动器要求压电陶瓷具有较高压电性能并且在电场下具有较高的电致应变和较小的应变滞后。本研究通过施主-受主共掺, 得到高压电性能和低电场应变滞后的PZT陶瓷。采用传统固相反应法制备了(1-x)(Pb_0.95Sr_0.05)(Zr₅₃Ti₄₇)O₃-xBiAlO₃+0.2%MnO₂陶瓷(掺杂量为质量百分数), 并对其微观结构和压电性能进行了研究。结果表明：BiAlO₃掺杂量较少时, 陶瓷中缺陷偶极子的“钉扎”效应使得陶瓷畴壁转动困难, 陶瓷压电性能较弱, 应变滞后也较小。随BiAlO₃掺杂量增加, 缺陷偶极子“钉扎”效应减弱, 陶瓷的压电性能和应变滞后随之提高。本实验得到的性能最优组分为x=1.75%, 该组份陶瓷的压电系数d₃₃=504 pC/N, 机电耦合系数k_p=0.71, 机械品质因数Q_m=281, 居里温度T_C=312 ℃, 在10 kV/cm电场下的应变滞后仅为15%, 并且还具有较好的温度稳定性, 是一种具有应用价值的压电驱动器用压电陶瓷材料。     

NiO掺杂对PMS-PZ-PT三元系陶瓷微结构和电性能的影响

探讨了NiO掺杂量对PMS—PZ—PT三元系陶瓷的微观结构和电性能的影响。实验结果表明：随着掺杂量的增加，物相组成由四方相向三方相转变：NiO在PMS—PZ—PT材料中的固溶度比较小；当掺杂量为0．02wt％时，εr，d33，κp，Qm等都有所提高，从而能获得好的压电性能，能满足超声马达实际使用的要求。     

掺杂对PMS-PZ-PT三元系材料微结构和电性能的影响

探讨了Nb2O5、NiO、Fe2O3掺杂量对三元系PMS—PZ—PT陶瓷的微观结构和电性能的影响。实验结果表明：随着掺杂量的增加，有一个共同的规律：物相组成由四方相向三方相转变；掺杂物在PMS—PZ—PT材料准同型相界区的固溶度比较小；适当的少量掺杂使εr、d33、Kp3等都有所提高，所不同的是，少量硬性掺杂和取代能提高Qm，而软性掺杂材料的Qm值却随着掺杂量的增加一直下降，改性后的组分具有良好的压电性能，能更好的满足超声马达实际使用的要求。     

Sm掺杂增强PZT基弛豫型铁电陶瓷压电性能研究

锆钛酸铅(PZT)基压电陶瓷是一类应用非常广泛的功能材料, 可应用于水声换能器、压电马达、医疗超声换能器以及声表面波滤波器等。通过改性提高PZT基压电陶瓷的压电性能一直是该领域的研究热点。本工作采用传统固相反应法制备了准同型相界(Morphotropic Phase Boundary, MPB)组分的Sm-0.25PMN-0.75PZT压电陶瓷, 并对其微观结构以及宏观性能进行了系统研究。研究结果表明：引入Sm³⁺可以增强压电陶瓷的局域结构异质性, 提升介电响应从而提高压电性能。当Sm³⁺引入过多时, 铁电极化的长程连续性被大面积打断, 压电性能下降。本实验中得到的最优组分压电陶瓷性能为：高压电系数d₃₃~824 pC/N, 高压电电压常数g₃₃~27.1×10^-3 m²/C和相对较高居里温度T_C~178 ℃, 电致应变在室温至150 ℃范围内低于5%, 有较好的温度稳定性, 是极具应用前景的高性能压电材料。     

超高居里温度钙钛矿层状结构压电陶瓷研究进展

钙钛矿层状压电陶瓷具有超高居里温度和高温度稳定性, 已成为目前高温压电陶瓷的研究热点。本文针对钙钛矿层状压电陶瓷致密化烧结难以及压电性能低的难题, 主要从晶体结构、制备工艺、掺杂改性和复合固溶体等方面总结了钙钛矿层状高温压电陶瓷的研究进展, 同时归纳和比较了不同制备工艺和掺杂改性的钙钛矿层状高温压电陶瓷的烧结性和压电性能。简要分析了钙钛矿层状结构自发极化的来源, 并对未来研究这类材料的铁电相变机理和提高压电性能作了展望。     

Pb(Mn1/3Sb2/3)0.05Zr0.47Ti0.48O3压电陶瓷的温度稳定性研究

探讨了硬性添加物MnO2、软性添加物Nb2O5和两性添加物Cr2O3对锑锰锆钛酸铅Pb(Mn1/3Sb2/3)0.05Zr0.47Ti0.48O3(简称PMSZT5)压电陶瓷的相组成及温度稳定性的影响.研究结果发现:各掺杂组成在900℃的煅烧温度下,都可以得到钙钛矿结构.随着各掺杂离子的增大,四方相含量减少,准同型相界向三方相移动.综合考虑离子掺杂对PMSZT5压电陶瓷的机电性能及温度稳定性的研究结果表明:锰过量较其它铌和铬掺杂的温度稳定性更好,机电性能最佳的PMSZT5+0.1wt%MnO2的组成,ε33T/ε0=1560,d33=350pC/N,Kp=0.63,25~80℃的fr、K31和d31平均温度系数分别为72×10-6/℃、0.027%/℃和0.100%/℃.     

Na0.5Bi0.5TiO3-BaTiO3陶瓷的介电和压电性能研究

研究了Na0.5Bi0.5TiO3和（Na0.5Bi0.5）0．94Ba0．06TiO3陶瓷的电滞回线，压电性能和热滞现象。得到（Na0.5Bi0.5）0．94Ba0．06TiO3陶瓷的剩余极化Pr=19μC/cm^2，矫顽场Ec=4.7kV/mm.发现有适量的Ba^2 取代（Na0.5Bi0.5)^2 尽管压电性能有所提高，但同时使得材料的温度稳定性大大降低。     

Temperature behavior of dielectric and piezoelectric properties of samarium-doped lead titanate ceramics

The dielectric and electromechanical coupling properties of Sm-doped and Mn-doped PbTiO(3) ceramics were investigated from 4.2 to 300 K. The upper and lower limits of the ceramic dielectric and piezoelectric properties were calculated by averaging the single-domain constants that were determined from a phenomenological theory. Comparisons of the measured and calculated properties were then made. The measured dielectric permittivity epsilon(T)(33) and piezoelectric strain coefficient d(33) appear to be mainly due to the averaging of the intrinsic single-domain response. The large piezoelectric and electromechanical anisotropies present in modified PbTiO(3) ceramics also appear to be an intrinsic property of the material. The piezoelectric coefficient d(31), as well as the planar coupling coefficient k(p), was found to have very small values over two temperature regions, from 120 to 170 K and from 240 to 270 K.     

Temperature dependence of piezoelectric, elastic and dielectric coefficients at radial resonance of piezoceramics with an aurivillius-type structure

Aurivillius-type structure compounds are considered good candidates for piezoelectric materials at high temperature, due to their high ferro-paraelectric phase transition temperature. Despite this fact, very few papers have been published on the study of piezoelectric properties at the expected working temperatures. An iterative automatic method has been used in this work to characterize the piezoelectric, electromechanical, and elastic properties at radial resonance of thin ceramic disks with composition (SrBi2Nb2O9)0.35(Bi3TiNbOg)0.65 [SBN/BTN 35/65], from room temperature up to the ferro-paraelectric phase transition. Ceramics were prepared by sintering or by recrystallization after hot-pressing of mechanically activated precursors. By this new method, ceramics with controlled texture and microstructure are obtained. The influence of the processing route in the properties of the ceramics, over the whole temperature range of piezoelectric activity, is discussed. Values of d31 = 2.1 pC/N and kp = 2.9% at 500 degrees C are achieved.     

相组成对PMN-PT陶瓷压电性能的影响

研究了ＰＭＮ－ＰＴ陶瓷在准同型相界（ＭＰＢ）区域、不同烧结温度下,化学组成、相组成对陶瓷压电性能的影响．发现对于同一化学组成的陶瓷,随着烧结温度的上升,发生了菱方相→四方相的相转变,同时随着菱方相、四方相相比例的接近,陶瓷的压电性能有显著的提高．而在不同烧结温度下,最佳压电性能所对应的化学组成有微小的变化．据此认为,陶瓷的压电性能不仅与化学组成有关,而且与相组成也密切相关,随着烧结温度的变化,发生了准同型相界的微小移动