K改性的BNT-BZT压电陶瓷制备与性能研究

无铅压电陶瓷是压电材料中一个重要的研究方向，为了能够取代目前广泛应用的含铅材料，需要进一步提高无铅陶瓷材料的各项性能，尤其是压电性能。BNT-BZT系陶瓷是钛酸铋钠（BNT）和锆钛酸钡（BZT）两相形成的固溶体，在BNT-BZT陶瓷体系中，富BNT和低Zr含量的区域存在准同型相界，在相界附近可以得到性能优良的无铅压电陶瓷，其性能以3大约150pC/N，居里温度在240℃左右，介电常数大约900。在BNT-BZT相界点处掺杂K离子，研究了K改性的BNT-BZT体系陶瓷的微观结构与性能。实验结果表明，以3达到165pC／N；居里温度达到270℃；烧结中出现了玻璃相，预烧温度和烧结温度相对于原体系都有适当降低。     

AgNbO3-BaTiO3陶瓷在准同型相界附近的电学性能研究

最近的理论工作预期，可能存在一种新的无铅压电陶瓷xAgNbO3-（1-x）BaTiO3，认为在含12％AgNbO3的组分处存在准同型相界（MPB），具有良好的性能，并有较高的居里点。但是尚未见到有关这方面的实验报道。通过传统的固相反应法合成xAgNbO3-（1-x）BaTiO3陶瓷，其中取x等于0．08到0．16。首先在950℃下预烧3h合成AgNbO3-BaTiO3，然后将粉末球磨、压片后，在1150℃下进一步烧结得到样品。通过X射线衍射技术（XRD），研究了xAgNbO3-（1-x）BaTiO3的相结构，并对这一体系的电学性质进行了测试。发现x=0．12附近存在着MPB，且介电常数达到1000左右，剩余极化强度达到3．5μC／cm^2，矫顽场反为800V／mm。xAgNbO3-（1-x）BaTiO3作为一种可供选择的无铅压电陶瓷值得进一步的研究和开发。     

（Bi0．5Na0．5）TiO3-（Bi0．5K0．5）TiO3陶瓷在准同型相界附近的铁电和压电性能

通过传统的固相烧结法合成（1-x）（Bi0.5Na0.5）TiO3-x（Bi0.5K0.5）TiO3陶瓷（x选取范围0．135-0．24）。先在850℃合成原料粉体，然后在1100～1200℃下烧结得到陶瓷样品。分析检测该体系陶瓷的结构以及铁电、压电性能。x射线衍射分析结果表明，该二元系准同型相界（MPB）区域位于x=0．165～0．225附近。对这一体系铁电和压电性能进行测试，并对其在准同型相界附近的电学性能发生变化的机理作了讨论。（Bi0．5Na0．5）TiO3-（Bi0.5K0.5）TiO3是一种很有应用前景的无铅压电陶瓷材料，值得进一步的研究和探索。同时，本实验还对密封烧结工艺对无铅压电陶瓷性能的影响作了初步的研究。     

高居里点BiScO3-PbTiO3压电陶瓷介电压电性能研究

用通常的固相反应法制备了(1–X)BiScO3-XPbTiO3(X=0.60,0.62,0.64,0.66,0.68)系压电陶瓷,并对其进行了微结构和介电、压电性能研究。XRD分析表明,该系统在PbTiO3摩尔分数X=0.64时,存在准同相界,当X小于0.64或大于0.64时,陶瓷分别为菱方相和四方相结构。相结构在准同相界的试样具有最大的压电常数,其d33高达430pC/N。介温谱测试表明,该陶瓷体系居里温度为450℃左右,具有弛豫铁电体特征。     

PNS-PZ-PT压电陶瓷烧结和性能的研究

对Pb(Ni1/3Sb2/3)-PbZrO3-PbTiO3陶瓷烧结和压电性能的研究表明当含有48mol%PbTiO3和少于10mol%Pb(Ni1/3Sb2/3)的粉体在850℃下煅烧2 h,得到单一钙钛矿结构,但是如果Pb(Ni1/3Sb2/3)组成在12mol%～14mol%之间时,则三方相和四方相共存.所以材料的准同相界在Pb(Ni1/3Sb2/3)=12mol%,PbZrO3=40mol%,PbTiO3=48mol%.当该组分在1260℃至1280℃烧结时得到的烧结物密度最大为7.8g/cm3.扫描电镜结果表明在1280℃时材料烧结气孔率最小.当处于准同相界的组分在1280℃烧结时,材料的机电耦合系数Kp和机械品质因数Qm分别达到最大值0.488和最小值292.5.     

PNS-PZ-PT压电陶瓷烧结和性能的研究

对Pb(Ni1/3Sb2/3)-PbZrO3-PbTiO3陶瓷烧结和压电性能的研究表明:当含有48mol%PbTiO3和少于10mol%Pb(Ni1/3Sb2/3)的粉体在850℃下煅烧2 h,得到单一钙钛矿结构,但是如果Pb(Ni1/3Sb2/3)组成在12mol%～14mol%之间时,则三方相和四方相共存.所以材料的准同相界在Pb(Ni1/3Sb2/3)=12mol%,PbZrO3=40mol%,PbTiO3=48mol%.当该组分在1260℃至1280℃烧结时得到的烧结物密度最大为7.8g/cm3.扫描电镜结果表明在1280℃时材料烧结气孔率最小.当处于准同相界的组分在1280℃烧结时,材料的机电耦合系数Kp和机械品质因数Qm分别达到最大值0.488和最小值292.5.     

(1-4x)NBT-3xKBT-xBT系无铅压电陶瓷性能研究

采用传统固相法制备了(1-4x)NBT-3xKBT-xBT(x=0.020～0.035)体系压电陶瓷.通过XRD分析,发现该体系陶瓷都能形成单一的钙钛矿型固溶体,并在0.025≤x≤0.032范围内具有三方和四方共存结构,为该体系的准同型相界.当x=0.028时,d_(33)=162 pC/N,Q_m=203.29,k_p=0.234.同时分析了该体系陶瓷材料在1, 10, 100 kHz下介电常数-温度曲线和介电损耗-温度曲线,发现该体系陶瓷样品的介电温谱都存在两个介电反常峰,且介电常数和介电损耗与频率存在很强的依赖性,表明该体系材料具有弛豫型铁电体性质.     

镧掺杂(Na0.5Bi0.5)TiO3压电陶瓷的结构与性能

采用传统陶瓷工艺制备了镧掺杂(Na0.5Bi0.5)TiO3无铅压电陶瓷,研究了材料的结构、介电和压电性能.发现镧掺杂有利于生成稳定的钙钛矿结构,促进了晶粒生长.镧掺杂(Na0.5Bi0.5)TiO3陶瓷表现出明显的弛豫特性,当镧掺杂量为5mol%时,1200℃烧结样品室温下的介电常数从630提高到855,介电损耗从5.2%减小到3.3%.适量的镧掺杂大幅降低了材料的电导率,最佳的掺杂量为1 mol%,测量温度为75℃时,该配方1200℃烧结样品的电导率σ仅为7.75148×10-13S·cm-1,同掺杂前的9.50827×10-11 S·cm-1前相比减小了3个数量级.     

烧结温度对PMN-PNN-PZT四元系压电陶瓷微观结构和压电性能的影响

选取PMN-PNN-PZT四元系压电陶瓷准同型相界附近配方,采用传统的氧化物混合合成工艺制备压电陶瓷材料.研究了不同烧结温度对该四元系压电陶瓷微观结构和压电性能的影响,研究结果表明在1180℃烧结时,晶粒生长很好,晶界处结合致密,压电性能也最好d33=475pC/N,ε33T/ε0=3203, Qm=82,Kp=0.59,tanδ=1.8%.     

传统工艺制备铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的性能控制

介绍了采用传统陶瓷制备工艺,为获得晶粒细小、组织致密、性能良好的铌酸钾钠基无铅压电陶瓷,目前所采取的性能控制措施,即添加助烧剂、掺杂改性、添加第二组元、准同型相界的研究及调整n(Na)/n(K),来调整NKN陶瓷的性能。展望了NKN基无铅压电陶瓷的发展趋势。     

(Bi0.5Na0.5)TiO3-Ba(Ti,Zr)O3固溶体无铅压电陶瓷

改善烧结制度制备(Bi0.5Na0.5)TiO3-Ba(Ti,Zr)O3(简称BNT-BZT)系无铅压电陶瓷,能得到较高的致密度.该压电陶瓷具有良好的电学性能.电学性能的最佳成分点位于准同型相界附近四方相的区域,组成为(Bi0.5Na0.5)TiO3-xBa(TiyZr)O3x=0.09～0.12的范围内,此时具有最大的压电常数(d33=147pC/N)和室温介电常数(ε33T/ε0=881.4).BNT-BZT陶瓷体系的机电耦合系数Kp受BZT含量的影响较小,而BZT含量对机械品质因数Qm的影响较大.     

Sb2O3掺杂（Na0．84K0．16）0．5Bi0．5TiO3无铅压电陶瓷的压电与介电性能研究

采用传统陶瓷的制备方法，制备出Sb2O3掺杂的（Na0．84K0．16）0．5Bi0．5TiO3的无铅压电陶瓷。XRD分析表明，Sb2O3的掺杂量在0．1％～0．6％（质量分数）范围内都能够形成纯钙钛矿（ABO3）型固溶体。陶瓷材料的介电常数-温度曲线显示陶瓷在升温过程中存在两个介电常数温度峰，结合不同温度下的电滞回线观测，认为两个介电峰分别是材料的铁电-反铁电和反铁电-顺电相变，宽化的介电峰同时也表明所研究陶瓷具有驰豫铁电体特征。测试了不同组成陶瓷的压电性能，在Sb2O3掺杂量为0．1％时陶瓷的压电常数d33=124pC／N，为所研究组成中的最大值，平面机电耦合系数kp=24．87％，略有下降，材料的介电常数ε33^T／ε0和介质损耗tanδ则随掺杂量的增加而增加。     

掺Sr改性Bi0．5（Na0．8K0．2）0．5TiO3无铅压电陶瓷的微观结构和性能研究

采用传统的陶瓷工艺制备了Sr掺杂Bi0.5（Na0.8K0．2）0．5TiO3无铅压电陶瓷（化学式为[Bi0.5（Na0.8K0．2）0．5]1-xSrxTiO3，x=0～0．1），研究了Sr掺杂对陶瓷样品的微观结构、压电以及介电性能的影响。X射线衍射结果表明：当掺杂量较小时（x=0，0．02），样品为四方相；随着掺杂量的增加（x=0．04～0．1），样品逐渐转变为三方相。压电与介电性能测试结果表明：样品的压电常数西3和机电耦合系数kp开始时都随着X的增加而逐渐增大，并分别在x=0．06和x=0．04时达到最大值，其后随着X的增加都逐渐减小：样品的介电常数ε^T33／ε0则随X的增加而几乎线性增加。在x=0．06时，样品的d33=178pC／N，kp=31％，ε^T33／ε0=850。     

铋掺杂对（Na0．5K0．5）NbO3无铅压电陶瓷性能的影响

采用传统陶瓷工艺制备了掺铋 （Na0.5K0.5）NbO3（NKN）无铅压电致密陶瓷，研究了Bi2O3对 （Na0.5K0.5）NbO3晶体结构和压电性能的影响。结果表明：当Bi2O3含量小于0．7％（质量分数，下同）时，能得到具有纯钙钛矿结构的NKN基陶瓷，其烧结温度随着Bi2O3掺杂量的增加而升高，试样密度与纯NKN陶瓷相比有显著提高。 （Na0.5K0.5）NbO3压电常数d33，机电耦合系数kp、kt随Bi2O3含量的增加先升高而后降低，并在x=0．5％时达到最大值，而且机械品质因子Qm大大提高。当Bi2O3掺杂量为0．5％时， （Na0.5K0.5）NbO3无铅压电陶的密度达4．46g／cm^3，表现出优异的压电性能，d33=138pC／N，kp=46％，kt=44％，tanδ=2．9％，εr=466和Qm=167。     

Zr掺杂改性(Bi0.5Na0.5)0.91Pr0.02Ba0.07TiO3无铅铁电陶瓷的储能行为研究

通过固相烧结法微量掺杂Zr到(Bi0.5Na0.5)0.91Pr0.02Ba0.07TiO3无铅铁电陶瓷,对其相结构、微观形貌、储能行为及介电行为进行了研究。所有的样品都形成了单一的钙钛矿相,晶粒细小均匀。Zr的掺杂有效地提高了击穿场强,掺杂量为0.03 mol时陶瓷在场强138 kV/cm下最大有效储能密度达到1.38 J/cm3,储能效率达到52.44%,同时显示了稳定的高温铁电特性,并获得了较大的介电常数1150且保持稳定。     

Mn掺杂(Na1-xKx)0.5Bi0.5TiO3性能研究及其在滤波器上的应用

研究了Mn掺杂对(Na1-xKx)0.5Bi0.5TiO3无铅压电陶瓷性能的影响,并利用该材料研制出中频无铅压电陶瓷滤波器.Mn掺杂改善了(Na0.8K0.2)0.5Bi0.5TiO3体系陶瓷的压电性能,当Mn含量达到0.3%(质量分数)时,d33达到135 pC/N,kp=31%,Qm=183,适用于制作滤波器.采用厚度振动模式,制作出插入损耗为5 dB,中心频率为520 kHz,带宽大于10 kHz,阻带衰耗大于30 dB的中频无铅压电陶瓷滤波器.器件性能接近于同类含铅陶瓷中频滤波器(SFH系列).     

锰掺杂对（Na0.5Bi0.5）TiO3-BaTiO3-（K0.5Bi0.5）TiO3陶瓷介电和压电性能的影响

采用传统陶瓷工艺制备了锰掺杂0.8(Na0.5Bi0.5)TiO3-0.1BaTiO3-0.1(K0.5Bi0.5)TiO3(BNT-B-BKT)无铅压电陶瓷材料,研究了材料的介电、压电和铁电性能.发现锰掺杂大幅降低了0.8(Na0.5Bi0.5)TiO3-0.1BaTiO3-0.1(K0.5Bi0.5)TiO3陶瓷的电导率和矫顽场,最佳掺杂量为0.1%(质量分数),该配方的最佳烧结温度为1150℃.这一温度下烧结所得样品在130℃时的电导率仅为1.36×10-1Ω-1cm-1,约为掺杂前的1/40,矫顽场Ec仅为2.78 kV/mm,剩余极化强度Pr为38μC/cm2,压电系数d33达到143 pC/N.