(Bi0.5Na0.5)1-x(BaaSrb)x TiO3无铅压电陶瓷体系的设计、制备与性能

综合考虑(Bi0.5Na0.5) TiO3(BNT)基无铅压电陶瓷的A-位、B-位原子的原子量差、离子半径差和电负性差,提出了一种BNT基无铅压电陶瓷的设计方法.依据BNT基无铅压电陶瓷所报道的相关数据,定义了ABO3型压电陶瓷的综合因子F(w)为 F(w)= M+R+100X,式中,M为A-位和B-位离子的质量差,R为A-位和B-位离子的离子半径差,X为A-位和B-位离子的电负性差.研究发现,F(w)与BNT基无铅压电陶瓷的压电耦合系数k33和kp, 以及压电常数d33有非常紧密的关系.根据该方法设计了(Bi0.5Na0.5)1-x(BaaSrb)xTiO3无铅压电陶瓷新体系,并申报了国家发明专利.研究结果表明,该体系压电陶瓷具有很好的工艺特性和压电响应,高的压电常数,其机电耦合系数kp为0.311,压电常数d33高达146pC/N,居里温度Tc为310℃,是一种很有实际应用前景的新型压电陶瓷材料体系.     

(Mo_(1/2)Sr_(1/2))~(4+)掺杂Bi_(1/2)Na_(1/2)TiO_3无铅压电陶瓷结构及其性能研究

采用传统陶瓷制备工艺制备出了Bi1/2Na1/2Ti1-x(Mo1/2Sr1/2)xO3(简称BNT-MS-100x)系无铅压电陶瓷材料,研究了(Mo1/2Sr1/2)4+掺杂量对BNT基陶瓷材料显微结构和电学性能的影响。研究结果表明,(Mo1/2Sr1/2)4+掺杂并未影响BNT陶瓷的晶体结构,仍为纯钙钛矿型结构,而且致密性良好。随着(Mo1/2Sr1/2)4+掺杂量增加,居里温度升高,剩余极化强度先增大后减小。当x=0.004时,BNT-MS-100x陶瓷的压电系数最大,d33=104pC/N,介电损耗最小,tanδ=4.11%。     

补偿电价取代对(Bi1/2Na1/2)TiO3无铅压电陶瓷介电与压电性能的影响

采用传统陶瓷制备方法,制备出一种钙钛矿结构无铅新压电陶瓷材料(1-x)(Bi1/2Na1/2)TiO3-xBi(Mg2/3 Nb1/3)O3.研究了一种化合物Bi(Mg2/3 Nb1/3)O3中两种离子Bi3 和(Mg2/3Nb1/3)3 同时进行补偿电价取代对(Bi1/2Na1/2)TiO3陶瓷介电和压电性能的影响.X射线衍射分析表明,所研究的组成均能够形成纯钙钛矿(ABO,)型固溶体.陶瓷材料的介电常数-温度曲线显示该体系材料具有明显的弛豫铁电体特征.适量的取代能提高材料的压电性能,在x=0.7%时压电常数d33=94 pC/N,x=0.9%时厚度机电耦合系数kt=0.46,为所研究组成中的最大值.该体系陶瓷具有较大的kt值和较小的kp值,具有较大的各向异性.     

(0.84-x)Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3-0.16K_(0.5)Bi_(0.5)TiO_(3-x)SrTiO_3系无铅压电陶瓷结构与电性能

采用固相法制备了Bi补偿的(0.84-x)Na0.5Bi0.5TiO3-0.16K0.5Bi0.5TiO3-x SrTiO3(简称NBTKBT-xST)无铅压电陶瓷,研究不同ST掺量对体系陶瓷的结构与电性能的影响规律。结果表明,在掺杂范围内(0≤x≤0.06),材料均能形成单一的钙钛矿固溶体结构。随着x的增加,陶瓷晶体结构逐渐由三方相向四方相过渡,且该体系的三方-四方准同型相界(MPB)位于0.03≤x≤0.04。在此组成区域内,体系陶瓷的铁电与压电性能较好,其中x=0.04时,材料的电性能较好:压电常数d33=156 pC/N,平面机电耦合系数k p=0.29,相对介电常数εr=1116,介质损耗tanδ=4.1%,剩余极化强度P r=30.5μC/cm2,矫顽场E c=23.9 kV/cm。介电温谱和变温电滞回线表明体系陶瓷在T d以上可能存在极性相与非极性相共存。     

（Bi1/2Na1/2）0.94Ba0.06TiO3无铅压电陶瓷制备工艺研究

采用两步合成工艺制备了（Bi1/2Na1/2）0.94Ba0.06TiO3无铅压电陶瓷。利用XRD、SEM等分析技术，研究了（Bi1/2Na1/2）0.94Ba0.06TiO3陶瓷的先低温再高温的两步合成工艺，烧结工艺对陶瓷晶体结构和压电性能的影响。结果表明，两步合成工艺有利于提高陶瓷性能，其压电常数如3最大值可达155pC/N，比传统方法提高了24％。较合适的预合成工艺为：750℃/1h＋8501000℃/2～3h；该体系陶瓷具有较宽的烧结温度范围，较合适的烧结工艺为：1150～1190℃/2～3h。     

RTGG法制备(Na_(0.84)K_(0.16))_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3无铅压电织构陶瓷的研究

以NaCl-KCl熔盐法制备出了片状的Bi4Ti3O12微晶模板,选用此模板分别采用干法和湿法流延工艺结合RTGG技术制备了(Na0.84K0.16)0.5Bi0.5TiO3无铅压电织构陶瓷。研究了不同工艺条件下获得的织构陶瓷烧结行为、织构度、显微组织结构和电性能的变化规律。结果表明,(Na0.84K0.16)0.5Bi0.5TiO3织构陶瓷的烧成温度范围只有10~20℃,其介电性能、压电性能呈现明显的各向异性,沿垂直于流延方向织构陶瓷的各种电学性能均明显优于平行于流延方向的电学性能,两种流延方法在1150℃烧结所得的(Na0.84K0.16)0.5Bi0.5TiO3织构陶瓷在显微组织结构和电性能方面均表现出最强的各向异性,该织构陶瓷的压电常数d33=134pC/N。     

（Na1/2Bi1/2）TiO3无铅压电陶瓷的复合离子与补偿电价取代效应研究

采用传统陶瓷制备方法，制备出两种钙钛矿结构无铅新压电陶瓷材料（1-x）（Na1/2Bi1/2）TiO3-x（Na1/2Bi1/2）（Sb1/2Nb1/2）O3和（1-y）（Na1/2Bi1/2）TiO3-yBi（Mg2/3Nb1/3）O3。研究了复合离子与补偿电价取代对（Na1/2Bi1/2）TiO3陶瓷晶体结构和压电性能的影响。）（射线衍射分析表明，在所研究的组成范围内两种陶瓷材料均能够形成纯钙钛矿固溶体．陶瓷材料的介电常数-温度曲线显示两种陶瓷体系具有明显的弛豫铁电体特征．适量的复合离子与补偿电价取代都能提高材料的压电性能，在工=0．8％时，陶瓷的压电常数d33=97pC/N，厚度机电耦合系数kr=0．50，在y=0．7％时d33=94pC/N，y=0．9％时k1=0．46，为所研究组成中的最大值。两种陶瓷体系都具有较大的‰值和较小的kp值，具有较大的各向异性，是一种优良的、适合高频下使用的超声换能材料．     

(0.98-x)BNT-xBKT-0.02BZN无铅压电陶瓷的制备及性能研究

采用传统固相烧结法制备(0.98-x)Bi1/2Na1/2TiO3-xBi1/2K1/2TiO3-0.02Bi(Zn2/3Nb1/3)O3(简称(0.98-x)BNT-xBKT-0.02BZN,其中x=0.1、0.15、0.20、0.25)无铅压电陶瓷,系统研究了不同烧结温度对(0.98-x)BNT-xBKT-0.02BZN陶瓷压电及介电性能的影响。结果表明,压电常数和机电耦合系数都随烧结温度的升高而增大,得出1140℃为最佳烧结温度,其最佳性能如下:d33=43pC/N,Kp=0.2731,ε3T3/ε0=1289.8,tanδ=0.038。     

无铅压电陶瓷Bi0.5(Na0.90-xKxLi0.10)0.5TiO3-KNbO3的微结构与电学性能

采用传统陶瓷工艺制备了Bi0.5(Na0.90-xKxLi0.10)0.5TiO3-KNbO3无铅压电陶瓷,利用XRD,SEM 等测试技术分析表征了陶瓷的结构、表面形貌、介电、压电与铁电性能.结果表明:该体系陶瓷具有单相钙钛矿结构,KNbO3的引入使体系的居里温度和铁电-反铁电相变温度降低;随着钾含量的增加,KNbO3对体系性能的影响越明显.在室温下,该体系表现出良好的压电与铁电性能:压电常数d33和机电耦合系数kp分别达到195pC/N和31.9%,陶瓷样品表现出明显的铁电体特征,剩余极化强度Pr达到34.8μC/cm2,矫顽场强Ec为3.2kV/mm.     

(1-x)(Na0.5K0.5)NbO3-x(Ba0.88Ca0.12Zr0.12Ti0.88O3) 无铅压电陶瓷的制备及性能研究

介绍了一种利用传统固态烧结法制作的无铅压电陶瓷(1-x)(Na_(0.5)K_(0.5))NbO_3-x(Ba_(0.88)Ca_(0.12)Zr_(0.12)Ti_(0.88)O_3)((1-x)KNN-xBCZT)。(1-x)KNN-xBCZT是由KNN和BCZT形成的均匀固溶体。随着BCZT浓度的增加,(1-x)KNN-xBCZT的T_c和四方相-正交相的相变温度呈近似直线方式下降。相变温度的降低,有助于提升固溶体的电性能,当x=0.055时(1-x)KNN-xBCZT陶瓷性能达到最优。MnO_2助烧剂可以进一步降低(1-x)KNN-xBCZT陶瓷的相变温度,使(1-x)KNN-xBCZT陶瓷更为致密。0.055BCZT-0.945KNN-0.01MnO_2陶瓷展现出的性能为d_(33)=212 pC/N,d_(31)=-75 pC/N,k_p=45%,ε=875,tanδ=0.02和T_C=340℃,T_(O-T)=127℃。     

(K0.5 Na0.5)1-xLixNb1-ySbyO3系无铅压电陶瓷的弥散相变研究

采用传统陶瓷工艺制备了(K0.5 Na0.5)1-xLixNb1-ySbyO3(KNLNSx-y,x=0～10%(摩尔分数),y=2%～8%(摩尔分数))系无铅压电陶瓷,研究了Li+和Sb5+的取代对KNLNSx-y系材料的相变弥散性的影响.结果表明,在所研究的组成范围内,KNLN-Sx-y,陶瓷都形成了单一的钙钛矿结构,Li+和Sb5+蚪进入了KNN晶格形成固溶体;随着Li含量的增加,KNLNSx-5陶瓷四方-立方相变的弥散性有所减弱;随着Sb含量的增加,KNLNS2-y,陶瓷四方-立方相变的弥散性有所增强.采用修正的居里-外斯定律能够较好的描述KNLNSx-y陶瓷在高于居里温度情况下的介电常数与温度的关系;利用有序-无序理论对该介电弥散现象进行了解释.     

MnO_2掺杂0.92[Bi_(0.5)(Na_(0.7)K_(0.25)Li_(0.05))_(0.5)]TiO_3-0.08Ba(Ti,Zr)O_3基无铅压电陶瓷

采用二次合成法制备了新型0.92[Bi0.5(Na0.7K0.25Li0.05)0.5]TiO3-0.08Ba(Ti,Zr)O3+x(wt%)(质量分数)MnO2体系无铅压电陶瓷,研究了陶瓷的晶相结构、表面形貌、压电介电性能。研究结果表明,制备的陶瓷样品均具有单一钙钛矿结构。MnO2的含量为x=0.003时,得到介电损耗低的压电陶瓷:介质损耗tanδ为0.0361,压电常数d33为155pC/N,机电耦合系数kp为0.26,机械品质因素Qm为202;在1160℃,2h的烧结条件下,能够获得致密的无铅压电陶瓷体。     

钛酸铋钠基无铅压电陶瓷研究近期进展

钛酸铋钠(分子式是Bi0.5Na0.5TiO3,简写为BNT)基无铅压电陶瓷性能优良,但与铅基陶瓷相比还有相当的差距,其性能有待进一步提高.从BNT基陶瓷改性、陶瓷新体系以及陶瓷制备技术等多方面,分析了提高BNT基陶瓷性能的原理、途径和方法,指出了发明陶瓷新体系的有关思路,讨论了陶瓷制备技术与陶瓷性能的关系.同时,列举了近期在BNT基陶瓷性能改善研究中的若干新进展和新结果、性能良好的BNT基陶瓷新体系及制备工艺和制备新技术对陶瓷性能的影响,并对今后的相关研究进行了展望.     

(0.94-x)Bi0.5Na0.5TiO3-0.06BaTiO3-xLiNbO3系无铅压电陶瓷的微结构和电性能研究

采用传统陶瓷工艺制备了(0.94-x)Bi0.5Na0.5TiO3-0.06BaTiO3-xLiNbO3(BNBT6-xLN,x=0～0.03)系无铅压电陶瓷,研究了LiNbO3的引入对BNBT6陶瓷微结构、铁电和压电性能的影响.X射线衍射分析表明,各组分均具有纯的钙钛矿结构.掺入适量LiNbO3可使陶瓷的晶粒变得更均...     

(Na0.55K0.45)1-xLixNb1-xSbxO3压电陶瓷偏离两相共存区的性能研究

使用传统陶瓷烧结工艺制备了(Na0.55K0.45)1-xLixNb1-xSbxO3体系无铅压电陶瓷中偏离两相共存区的0.97(Na0.55K0.45)NbO3-0.03LiSbO3(简记为97KNN-3LS)陶瓷,分析了在不同烧结温度下其结构与电学性能.研究结果表明,当在适当的烧结温度时,该组分陶瓷具有良好的压电与铁电性能,其中,压电常数d33=166pC/N,平面机电耦合系数κP=46.7%,动态电阻R1=63Ω.该体系陶瓷在常温附近具有较高的κP与较低的R1,是一种很有应用前景的无铅压电陶瓷.     

直接反应烧结法制备(Bi0.5Na0.5)1-xBaxTiO3系无铅压电陶瓷的性能研究

采用直接反应烧结法制备了(Bi0.5Na0.5)1-xBaxTiO3无铅压电陶瓷,研究了陶瓷的压电性能和显微结构.结果表明,直接反应烧结法不影响BNBT陶瓷的钙钛矿相结构,但可使准同型相界处组成的四方相含量增加;直接反应烧结的BNBT陶瓷呈无变形,收缩率稍大于采用传统固相法制成的陶瓷样品,晶粒明显较大,并具有更好的压电介电性能,其中,d33=166pC/N,tanδ=0.03.     

铋层状结构无铅压电陶瓷的研究与进展--无铅压电陶瓷20年发明专利分析之三

铋层状结构无铅压电陶瓷因其居里温度高、介电常数低，介电击穿强度大及各向异性大等特征近年来受到广泛研究。本文归纳和分析了铋层状结构无铅压电陶瓷近20年的发明专利．着重介绍了主要体系的压电铁电性能．并对铋层状结构无铅压电陶瓷今后的发展与研究提出了一些建议。     

A位复合铁电陶瓷Bi0.5(Na0.82K0.18)0.5TiO3-BiCrO3的介电弛豫

采用固相反应法制备了A位复合铁电陶瓷(1-x)Bi_0.5(Na_0.82K_0.18)_0.5TiO₃-xBiCrO₃(BNKT-BCx). 研究了该陶瓷在室温至500℃温度范围内的介电性能. 结果表明该陶瓷的介电温谱存在两个介电反常峰和一个介电损耗峰, 低温介电反常峰温度附近具有明显的介电常数频率依赖性, 但居里峰随频率增加基本不变, 与典型弛豫铁电体的特征不同. 将弛豫铁电体分为本征弛豫和非本征弛豫铁电体, 通过分析极化前和极化后陶瓷的介电温谱, 发现该体系低温介电反常峰温度附近的介电频率依赖性为空间电荷和缺陷偶极子极化引起的非本征弛豫.     

LiTaO3掺杂对K0.5Na0.5NbO3基无铅压电陶瓷性能的影响

采用传统陶瓷工艺制备了LiTaO3掺杂的K0.5Na0.5NbO3基无铅压电陶瓷(记为KNN xLT,x=0～8%(摩尔分数)),并研究了陶瓷的晶相、显微结构和压电、铁电等性能.研究结果表明,KNN xLT陶瓷的正交相-四方相准同型相界(MPB)位于4%＜x＜6%处.随着LiTaO3含量的增加,陶瓷的正交→四方结构相变温度(TO-T)向低温方向移动,而四方→立方结构相变温度(Tc)向高温方向移动.陶瓷的压电常数d33和机电耦合系数kp随LiTaO3含量的增加均先增大后减小,而剩余极化强度Pr则随之逐渐减小,矫顽场Ec逐渐增大.当x=6%时,陶瓷具有较好的压电和铁电性能:d33=190pC/N,kp=40.0%,Pr=22.0μC/cm2,Ec=1.78kV/mm,Tc=440℃.该体系陶瓷具有较高的压电常数和比较大的平面机电耦合系数,是一种应用前景良好的压电铁电材料.