高压电常数PSN-PZT压电陶瓷的制备与性能研究

采用传统的固相烧结法制备了三元系Pb_(0.82)Sr_(0.13)Ba_(0.05)(Sb_(1/3)Nb_(2/3))_(0.02)(Zr_(1/2)Ti_(1/2))_(0.98)O_3-wBi_2O_3(PSN-PZT-wBi)压电陶瓷,并研究了Bi~(3+)掺杂对压电陶瓷电性能的影响。结果表明,当Bi_2O_3掺杂量在0.25wt%时,PSN-PZT压电陶瓷具有最优异的电学性能:d_(33)=980 pC/N,k_p=0.83,ε_r=6 855,tanδ=0.04,T_c=150℃。     

Fabrication and Research of High Temperature Resistant PNN-PSN-PMN-PZT Piezoelectric Ceramic Buzzer

正Pb(Ni_(1/3)Nb_(2/3))_(0.10)(Sb_(1/2)Nb_(1/2))_(0.015)(Mg_(1/3)Nb_(2/3))_(0.035)(Zr_xTi_(1-x))_(0.85)O_3 piezoelectric ceramics(abbreviated as PNN-PSN-PMN-PZT)were synthesized by conventional solid-state reaction method.The effects of R(Zr)/R(Ti)on phase structure,microstructure,dielectric,piezoelectric and ferroelectric properties of the ceramics were     

(1-x)K_(0.48)Na_(0.52)NbO_(3-x)Bi_(0.46)Nd_(0.04)(Na_(0.82))K_(0.18))_(0.5)ZrO_3无铅压电陶瓷相结构及电学性能的研究

采用传统固相法制备了(1-x)K_(0.48)Na_(0.52)NbO_(3-x)Bi_(0.46)Nd_(0.04)(Na_(0.82)K_(0.18))_(0.5)ZrO_3(KNN-xBNNKZ,x=0~0.07)系无铅压电陶瓷,研究了Bi_(0.46)Nd_(0.04)(Na_(0.82)K_(0.18))_(0.5)ZrO_3的引入对KNN基无铅压电陶瓷相结构和电学性能的影响。研究结果表明,BNNKZ的引入能够让KNN陶瓷的正交-四方相变温度(TO-T)向低温方向移动,同时三方-正交相变温度(TR-O)向高温方向移动。当0.04x≤0.06时,成功构建出R-T相共存,大幅提高了陶瓷体系的电学性能,陶瓷在x=0.05时具有最优的电学性能:d33=308pC/N,kp=43%,Pr=23.45μC/cm2,εr=1 205,tanδ=3.8%,TC=331℃。     

SrCO3掺杂对PMN-PMnN-PZT-Ce压电陶瓷储能及介电弛豫性能的影响

通过铌铁矿先驱法制备了Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-Pb(Mn_(1/3)Nb_(2/3))O_3-PbZrO_3-PbTiO_3+0.3%CeO_2(质量分数)+xSrCO_3(PMN-PMnN-PZT-Ce-xSr,x=0.00,0.03,0.05,0.07)四元系压电陶瓷,研究了SrCO_3含量的变化对Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-Pb(Mn_(1/3)-Nb_(2/3))O_3-PbZrO_3-PbTiO_3+0.3%CeO_2(质量分数)(PMN-PMnN-PZT-Ce)压电陶瓷相结构、储能密度以及弛豫行为的影响。通过XRD表明,样品为单一稳定的钙钛矿结构,并且存在准同晶界(MPB);当x=0.07时,在外加电场60kV/cm下取得较好的储能性能:储能密度W1=0.31J/cm~3,储能效率η=0.47;通过修正Curie-Weise定律,较好地描述了陶瓷弥散相变的特征,弥散相变系数γ随着Sr~(2+)掺杂量的增加而增加。当x=0.07时,γ取得最大值1.972 8,此时弛豫现象最明显。     

SnO2掺杂对BMN陶瓷结构及介电性能的影响

采用固相烧结法制备Ba(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3+x(x=0~8)%SnO_2(BMSN,x为质量分数)微波介质陶瓷,并研究SnO_2掺杂对Ba(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3(BMN)微波介质陶瓷结构及介电性能的影响。XRD分析表明,陶瓷体系中存在两种相,主晶相Ba(Mg_(1/3)-Nb_(2/3))O_3和附加相Ba_5Nb_4O_(15)。随着x的增大,BMSN陶瓷体系的相结构逐渐由钙钛矿六方结构转变为立方结构,同时有序相逐渐由1∶2有序结构转变为1∶1有序结构。研究表明:添加适量的SnO_2可以促进液相烧结,当SnO_2掺杂质量分数为6%时,BMN陶瓷致密化烧结温度由纯相时的1 550℃以上降低至1 200℃,表观密度ρ=6.39g/cm3,相对理论密度为99.1%,此时BMSN陶瓷体系拥有优良的微波介电性能——高相对介电常数(ε_r=33.6),接近于零的谐振频率温度系数(τ_f=0.15×10~(-6)℃~(-1)),高品质因数与谐振频率的乘积(Q·f=112 300GHz(8GHz))。     

Na-Ni掺杂对Bi_2(Zn_(1/3)Nb_(2/3))_2O_7陶瓷性能的影响

采用传统固相反应法制备Bi_2(Zn_(1/3)Nb_(2/3))_2O_7基陶瓷.研究Na~+、Ni~(2+)分别替代Bi~(3+)、Nb~(5+)对Bi_2(Zn_(1/3)Nb_(2/3))_2O_7陶瓷烧结特性和介电性能的影响.替代后样品的烧结温度从960℃降低到870℃左右.在-30℃～+130℃,陶瓷样品的温谱中出现明显的介电弛豫现象,弛豫峰所在温区较宽;当Ni~(2+)替代量增加到0.2时出现双弛豫峰.随着Ni~(2+)替代量增加,弛豫峰值温度向高温移动,弛豫激活能增加,两弛豫峰之间距增加.用缺陷偶极子和晶格畸变解释了Na-Ni掺杂Bi_2(Zn_(1/3)Nb_(2/3))_2O_7的介电弛豫现象.     

0.98Bi_(0.5)(Na_(0.82)K_(0.18))_(0.5)TiO_3-0.02NaNbO_3无铅压电陶瓷的烧结工艺及性能研究

采用固相反应方法制备0.98Bi_(0.5)(Na_(0.82)K_(0.18))_(0.5)TiO_3-0.02NaNbO_3无铅压电陶瓷。研究该体系陶瓷的烧结工艺对压电陶瓷的物相、显微结构及电性能的影响。结果表明,900℃合成温度下,合成粉料为ABO_3型钙钛矿结构,烧结温度变化不会使晶体结构发生改变。随着烧结温度增加,晶粒尺寸变大,陶瓷致密性提高,但过高的烧结温度使体系中出现玻璃相。电性能表明,1 200℃烧结温度下,压电陶瓷的电性能最佳:εr=1 620、tanδ=0.030、d33=138 p C/N、kp=0.40。居里温度在1 200℃时最低,TC=370℃,烧结温度降低或升高,都会使居里温度增加。在300 Hz~700 k Hz的频率范围内,150 k Hz左右空间电荷极化失去贡献,之后介电常数趋于稳定。     

(1-x)KNNT-xBNZ无铅压电陶瓷的制备及性能研究

采用固相反应法制备(1-x)(K_(0.49)Na_(0.51))(Nb_(0.97)Ta_(0.03))O_3-xBi_(0.5)Na_(0.5)ZrO_3无铅压电陶瓷。研究该体系陶瓷的组成及烧结温度对陶瓷的相组成、显微结构及电性能的影响。结果表明,热分析确定混合原料的合成温度为850℃。XRD分析表明,850℃预烧温度下,合成粉料均展现出典型的钙钛矿结构,晶格特征为四方相和正交相并存。SEM表明,组成在x=0.04,烧结温度为1 120℃时,能够获得晶粒均匀且致密度较高的陶瓷。电性能研究结果,烧结温度1 120℃,该组成陶瓷的电性能具有最佳值,ε_r=1 250,d_(33)=235pC/N,k_p=0.43。谐振频率在x=0.04组成处相比于其它组成也较低,f_r=210.032kHz左右。     

(1-x)Zn_(0.97)Cu_(0.03)Zr(Nb_(0.93)Ta_(0.07))_2O_8-xTiO_2陶瓷微波介电性能研究

以分析纯ZnO、CuO、ZrO_2、Nb_2O_5、Ta_2O_5以及TiO_2为原料,采用传统固相法制备(1-x)Zn_(0.97)Cu_(0.03)Zr(Nb_(0.93)Ta_(0.07))_2O_8-xTiO_2(x=0,0.4,0.45,0.5,0.55,0.575,0.6)微波介质陶瓷。研究了TiO_2对Zn_(0.97)Cu_(0.03)Zr(Nb_(0.93)Ta_(0.07))_2O_8陶瓷的晶体结构、烧结特性、显微形貌以及微波介电性能的影响。结果表明,随着TiO_2含量的增加,(1-x)Zn_(0.97)Cu_(0.03)Zr(Nb_(0.93)Ta_(0.07))_2O_8-xTiO_2陶瓷的晶体结构发生改变,烧结温度明显降低,介电常数逐渐增加,谐振频率温度系数可调节至近零。当x=0.575,陶瓷可在1 070℃保温4h烧结并获得最佳的微波介电性能,介电常数εr=36.25,品质因数Q×f=53 109GHz,频率温度系数τ_f=-6.24×10~(-6)/℃。     

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。     

直接反应烧结法制备(Ba_(1-x)Ca_x)(Ti_(0.85)Zr_(0.15))O_3陶瓷的微观结构和电性能研究

采用直接反应烧结法制备了(Ba1-x Ca x)(Ti0.85Zr0.15)O3无铅压电陶瓷,分析了不同的Ca含量时陶瓷的晶相结构、微观结构、密度及电性能。结果表明,采用直接反应烧结法制备的(Ba1-x Ca x)(Ti0.85Zr0.15)O3无铅压电陶瓷具有纯的钙钛矿相结构;微观结构致密,晶粒大小比较均匀,陶瓷样品出现较大的直径收缩率(25%左右);随着Ca含量的增加陶瓷的居里温度略微降低,室温介电常数出现较大增加,压电常数变大,其中x=0.15时压电性能最好,d33为208 pC/N。     

MnO_2对BiFeO_3掺杂PZT-PFW-PMN陶瓷的电性能与温度特性研究

采用传统工艺制备了PbZrO_3-PbTiO_3-Pb(Fe_(2/3)W_(1/3))O_-Pb(Mn_(1/3)Nb_(2/3))O_3-BiFeO_3(简称PZT-PFW-PMN-BF)四元系压电陶瓷.研究了MnO_2掺杂对PZT-PFW-PMN-BF陶瓷的显微结构、烧结温度、电性能与温度稳定性的影响.结果表明,当MnO_2的掺杂量为0.10 wt%时,陶瓷的烧结温度从1020℃降到了950℃,并得到了较好的综合性能和温度特性,分别为d_(33)=394 pC/N,K_p=0.54,Q_m=1180、ε_r=1480,△f_r/f_(r25℃)=1.68%和△K_p/K_(p25℃)=-1.06%.     

BiScO_3-Bi(Zn_(1/2)Ti_(1/2))O_3-PbTiO_3高居里温度压电陶瓷介电压电性能研究

采用传统陶瓷工艺制备(1-x)Bi(Sc_(0.9)(Zn_(1/2)Ti_(1/2))_(0.1))O_3-xPbTiO_3(BS-0.1BZT-xPT)陶瓷试样。研究了BZT含量为0.1%(摩尔分数)时,不同PT含量BS-0.1BZT-xPT压电陶瓷结构、介电和压电性能的变化规律。研究表明,随着PT含量增加,试样从三方相向四方相转变;当PT含量为0.60~0.62之间时,试样处在三方到四方的过渡区。当PT量为0.6时,试样压电性能达到最大值(d33=250pC/N,kp=43%)。当PT量增加,试样居里温度呈上升趋势,εr max值先增加后减小。当PT含量为0.60时,试样铁电性能达到最大值,Pr=34.4μC/cm~2,Ec=19.2kV/cm。     

CeO_2掺杂对Pb_(0.92)Sr_(0.06)Ba_(0.02)(Sb_(2/3)Mn_(1/3))_(0.05)Zr_(0.48)Ti_(0.47)O_3基压电陶瓷相结构及性能的影响

采用传统固相烧结法制备Pb_(0.92)Sr_(0.06)Ba_(0.02)(Sb_(2/3)Mn_(1/3))_(0.05)Zr_(0.48)Ti_(0.47)O_3∶xCeO_2(简称PSBSM-PZT)压电陶瓷样品。研究不同CeO_2掺杂含量对PSBSM-PZT基陶瓷样品的物相结构、微观形貌、压电及介电性能的影响。结果表明:当CeO_2掺杂量x≤0.5%(质量分数,下同)时,陶瓷样品均为纯的钙钛矿结构。随着CeO_2掺杂含量的增加,陶瓷样品中四方相结构逐渐向三方相结构转变。随着CeO_2掺杂含量的进一步增加,陶瓷中出现焦绿石相,虽然陶瓷中已经出现焦绿石相,但是样品仍没有完全转变为三方相陶瓷;CeO_2掺杂具有细化晶粒的作用,当x=0.25%时样品晶粒晶界清晰,晶粒之间的结合相对致密,晶界处气孔率低,陶瓷断裂方式以沿晶断裂为主;当x=0.25%时,陶瓷样品获得最佳的压电与介电性能:d_(33)=346pC/N,k_p=0.60,Q_m=1396,ε_r=1309,tanδ=0.474%。     

[(NaxK（1–x）)0.985Bi0.015](Nb0.97Ti0.03)O3陶瓷的压电与介电性能研究

采用固相法制备了[(NaxK(1–x))0.985Bi0.015](Nb0.97Ti0.03)O3(x=0.40～0.65)无铅压电陶瓷,研究了样品的物相结构、显微形貌、压电以及介电性能随x的变化规律。结果表明:所有样品都具有钙钛矿结构并且居里温度TC在340～365℃范围内;当x=0.40和x=0.65时,样品为四方相结构;在0.45≤x≤0.63范围内,形成了典型的PPT(polymorphic phase transition),样品表现出较高的压电活性。当x=0.60时,样品的压电性能最佳(d33=253 pC/N,kp=0.43,TC=359℃)。     

PHASES AND PROPERTIES OF SYSTEM Pb(Zn_(1/3)Nb_(2/3))O_3—PbTiO_3 —Ba(Ti(0.85)Sn(0.15))O_3

本文合成并研究了Pb(Zn_(1/3)Nb_(2/3))O_3-PbTiO_3-Ba(Ti_(0.85)Sn_(0.15))O_3(PZN-PT-BTS)陶瓷的晶相组成及其介电、压电和铁电性能。Sn~(4+)离子的存在,使PZN-PT-BTS 陶瓷晶粒难以具有完全的钙钛矿结构。微量焦绿石的存在,对其电性能的影响并不很大。PZN-PT-BTS 具有良好的介电、压电和铁电特性。     

Pb(Zn_(1/3)Nb_(2/3)O_3-PbTiO_3-Ba(Ti_(0.85)Sn_(0.15)O_3陶瓷的晶相组成与电性能

本文合成并研究了 Pb(Zn_(1/3)Nb_(2/3))O_3-PbTiO_3-Ba(Ti_(0.85)Sn_(0.15))O_3(PZN-PT-BTS)陶瓷的晶相组成及其介电、压电和铁电性能。Sn~(4+)离子的存在,使 PZN-PT-BTS 陶瓷晶粒难以具有完全的钙钛矿结构。微量焦绿石的存在,对其电性能的影响并不很大。PZN-PT-BTS 具有良好的介电、压电和铁电特性。     

Mg4Nb2O9/SrTiO3复合陶瓷的烧结特性和微波介电性能

制备Li_2CO_3-V_2O_5(LV)共掺杂0.6Mg_4Nb_2O_9-0.4SrTiO_3复合陶瓷,研究了LV掺杂对其烧结特性、相结构和微波介电性能的影响。结果表明:一定量LV掺杂使0.6Mg_4Nb_2O_9-0.4SrTiO_3复合陶瓷生成了Sr(NbTi)O_(3+δ)和MgO杂相,并使其致密化烧结温度降低(至1175℃);1.5%LV掺杂,在1175℃烧结5 h的样品具有较高的微波介电性能:τ_f=0.15 ppm/℃,ε_τ=20.1,Q·f=10240 GHz(at 8.5 GHz)。     

烧结温度对0.55Pb(Ni_(1/3)Nb_(2/3))O_3-0.45Pb(Zr_(0.3)Ti_(0.7))O_3压电陶瓷性能的影响

0.55Pb(Ni1/3Nb2/3)3-0.45Pb(Zr0.3Ti0.7)O3(0.55PNN-0.45PZT)组分的弛豫型压电陶瓷因具有较高的压电性能,已被作为制备含金属芯压电陶瓷纤维的材料等使用。为了进一步提高压电陶瓷纤维的电学性能,采用传统固相烧结法制备了0.55PNN-0.45PZT压电陶瓷,研究了烧结温度对材料结构、表面形貌和电学性能的影响。结果表明,在烧结温度为1200℃时,材料的各方面性能较佳:密度为8.12g/cm3,d33=850pC/N,kp=0.62,εr=7317,tanδ=0.033,Qm=41.66。     

四元系PZT-PFW-PMN大功率压电陶瓷的电性能研究

用传统固相法制备了PbZrO3-PbTiO3-Pb(Fe2/3 W1/3)O3-Pb(Mni/3 Nb2/3)O3(简称PZT-PFWPMN)四元系压电陶瓷.研究了不同含量的Pb(Fe2/3W1/3)O3(简称PFW)对PZT-PFW-PMN陶瓷的相结构、密度、介电性能和压电性能的影响.另外,还研究了制备工艺对陶瓷电性能的影响.结果表明,随着PFW的加入以及烧结温度的提高,体系的介电和压电性能都有所改善.当加入3.0%(摩尔分数)Pb(Fe2/3W1/3)O3并在1200℃下烧结时,材料具有良好的综合电性能:d33=358pC/N,Kp=0.63,Qm=1655,tgδ=0.005,该组份是大功率压电陶瓷变压器用材料优良的备选体系.