BCZT-xBi_2O_3无铅压电陶瓷性能的研究

选取传统高温固相反应合成法制备出Bi_2O_3掺杂的无铅压电陶瓷材料Ba_(0.85)Ca_(0.15)Zr_(0.08)Ti_(0.92)O_3-xBi_2O_3(BCZT-x Bi,x=0~0.15)。采用扫描电子显微镜、准静态压电常数测试仪等一系列检测手段,探讨了Bi_2O_3掺杂对BCZT基无铅压电陶瓷微观组织和电学性能产生的作用,从SEM图像得知,陶瓷的晶粒尺寸随着Bi_2O_3掺杂量的增多先逐渐变小后略微有所增大,XRD图谱则表明,掺杂量不等的Bi~(3+)均能够弥散进入钛酸钡晶格中,能完整固溶于BCZT陶瓷,并且材料具有典型的钙钛矿相结构。当Bi_2O_3掺杂量为0.15 mol%时,此无铅压电陶瓷材料拥有较好的介电性能,介电损耗tanδ的值仅是1.2%,介电常数ε_r的值是5100;当没有掺杂Bi_2O_3时,此陶瓷的压电性能最优,压电系数的值d_(33)=386 p C/N,机电耦合系数的值K_p=44.8%。     

K_(0.48)Li_(0.02)Na_(0.5)(Nb_(1–x)Sb_x)O_3压电陶瓷的制备与性能

采用微波烧结法制备了锑掺杂改性K_(0.48)Li_(0.02)Na_(0.5)NbO_3(KLNN)压电陶瓷,研究了锑掺杂量(x=0,0.02,0.04,0.06,0.08)对陶瓷的微观结构、表面形貌、介电性能、压电性能和铁电性能的影响。结果表明:在掺杂范围内,各组分的陶瓷样品均形成了单一的钙钛矿结构,结晶良好,晶粒均匀,说明金属锑在KLNN晶格中可以形成均匀固溶体,改善了KLNN基无铅压电陶瓷的微观结构,提高了其压电性能和铁电性能。在x=0.06时,K_(0.48)Li_(0.02)Na_(0.5)(Nb_(0.94)Sb_(0.06))O_3陶瓷样品的Curie温度介电常数峰(ε_r)、单向电致应变(ε)、压电系数(d_(33))均达到最大值,分别为ε_r=5 557,ε=0.08%,d_(33)=208 pC/N。     

压电陶瓷K_(0.5)Na_(0.52)Nb_(1-x)Sb_xO_3的制备研究

采用固相烧结法制备无铅压电陶瓷K_(0.5)Na_(0.52)Nb_(1-x)Sb_xO_3,其掺杂量x取值分别为0、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06,对其进行相关性能和常数测定。通过相关试验及测定得出结论:烧结温度为1 140℃时,掺杂水平x为0.02,样品的压电常数d_(33)=111pC/N,介电常数ε_r=1 200,机械品质因数Q_m=10,机电耦合系数kp=0.387,介电损耗tanδ=0.11,该压电陶瓷具有良好的压电性能和铁电性。     

碱式碳酸钴掺杂量对BCZT无铅压电陶瓷性能和结构的影响

采用传统固相法制备了碱式碳酸钴掺杂不同量的Ba0.85Ca0.15Ti0.9Zr0.1O3(简称BCZT)系列无铅压电陶瓷,借助扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)等研究了不同碱式碳酸钴掺杂量(x=0,0.55,0.89,1.3,1.8 wt.％)对BCZT无铅压电陶瓷的物相组成、显微结构及压电性能和介电性能的影响.结果表明:碱式碳酸钴的加入并没有改变所制备陶瓷的相结构,仍为单一斜方相钙钛矿,当x=1.8wt.％时,出现杂相.随着碱式碳酸钴掺杂量(x)的增大,BCZT无铅压电陶瓷的压电系数(d33)、平面机电耦合系数(kp)先增大后减小,介质损耗(tan δ)先减小后增大,而相对介电常数(εr)一直增大.当碱式碳酸钴(x)为1.3wt.％时,BCZT无铅压电陶瓷的综合性能最佳:d33=135 pC/N,εr=3399,kp=0.38,tanδ =0.029.     

Na_(0.25)K_(0.25)Bi_(2.5)Nb_2O_9-xCaTiO_3铋层状陶瓷的结构与性能

采用传统固相法制备Na_(0.25)K_(0.25)Bi_(2.5)Nb_2O_9-x mol%CaTiO_3(NKBN-CT,x=0,0.7,1.0,2.0,3.0,4.0)铋层状无铅压电陶瓷材料。本文系统研究了CaTiO_3掺杂对Na_(0.25)K_(0.25)Bi_(2.5)Nb_2O_9基陶瓷物相结构、微观结构以及电性能的影响。结果表明:所有陶瓷材料样品均为单一的铋层状结构。随着CaTiO_3掺量的增加,Curie温度T_c呈增高趋势(653~665°C),压电常数d_(33)先增大后减小;当x=1.0时,样品的电性能达到最佳值,即d_(33)=25pC/N,介电损耗tanδ=0.42%,机械品质因数Q_m=2845,T_c=659℃。退极化研究表明NKBN-CT陶瓷样品的压电性能具有良好的热稳定性,说明CaTiO_3掺杂改性Na_(0.25)K_(0.25)Bi_(2.5)Nb_2O_9基系列陶瓷具有高温领域应用的潜力。     

Y2O3掺杂对(Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06TiO3无铅压电陶瓷性能的影响研究

采用传统固相反应法制备了Y2O3掺杂(Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06TiO3(简写为BNBT6)陶瓷[简称为BNBT6-x(wt%)Y2O3陶瓷].研究了Y2O3 (0.2wt%～0.8wt%)掺杂对BNBT6陶瓷的结构、介电、压电、铁电性能的影响.结果表明,所有Y2O3掺杂陶瓷样品均形成了单一的钙钛矿结构;陶瓷的介电、压电、铁电性能受Y2O3掺杂的影响较为显著:当掺杂0.4wt%Y2O3时,10 kHz频率下测得的室温εr达到1530,且tanδ较小,为0.050,d33达到152 pC/N,kp=0.27,Qm=134.掺杂0.2wt%的Y2O3时BNBT6陶瓷的d33为145 pC/N,kp增大到0.29,Qm达到173,tanδ为0.053;掺杂适量Y2O3的BNBT6陶瓷铁电性能也得到改善.     

Li_3SbCu_2O_6掺杂KNN无铅压电陶瓷的结构与电性能研究

采用传统固相法烧结制备(1-x)K_(0.48)Na_(0.52)NbO_3-xLi_3SbCu_2O_6无铅压电陶瓷,研究了Li_3SbCu_2O_6的添加对陶瓷相结构、微观结构、电学性能的影响。结果表明:Li_3SbCu_2O_6是一种良好烧结助剂,固溶度为2.0 mol%,随着Li_3SbCu_2O_6含量增加,晶粒尺寸变大,液相增多,弛豫现象逐渐明显,整体表现出"软性掺杂"的特征。加入Li_3SbCu_2O_6后电滞回线不对称,由于存在空位缺陷,体系具有缺陷复合体,宏观表现出内偏电场Ei。当x=0.01时,陶瓷获得最佳的综合性能:d_(33)=109 pC/N,k_p=17%,Q_m=306,P_r=8.48μC/cm~2,ε_r=250,tanδ=0.006。     

CuO掺杂对Bi_(1.5)ZnNb_(1.5)O_7介质陶瓷性能的影响

采用固相反应法制备Bi_(1.5)ZnNb_(1.5)-xCu_xO_7介电陶瓷,研究了Cu~(2+)替代Nb~(5+)对α-BZN烧结温度、相结构以及介电性能的影响。研究可知:CuO替代能显著降低BZN烧结温度约150℃,材料结构允许的掺杂范围为x≤0.15,样品随掺杂量增加易出现第二相,介电性能也随之变差。CuO掺杂对介电常数温度系数具有明显的调节作用,当x=0.1 mol,在1 MHz下样品获得最佳性能:ε_r=144.226、tanδ=0.0038976、τ_f=-51.61×10~(-6)。     

Nb5+掺杂改性CaBi4Ti4O15压电陶瓷的研究

采用传统固相烧结法,制备了CaBi4Ti(1-x)NbxO1(5x=0.00-0.05,CBT-N)系铋层状结构无铅压电陶瓷。研究了Nb5+掺杂对CBT压电陶瓷压电与介电性能的影响。研究结果表明:添加Nb5+离子,改善了CBT陶瓷的烧结特性,提高了瓷体的致密度。Nb2O5的引入降低了CBT系列陶瓷的介质损耗,改善了陶瓷的压电与介电性能。当掺入量x=0.04(CaBi4Ti0.96Nb0.04O15)时制备的CBT基铋层状压电陶瓷具有优异的压电性能:d33=14pC/N,Qm=3086,εr=212,tanδ=0.0041,kt/kp=1.681。     

Ba~(2+)和La~(3+)共掺杂对PZN-PNN-PSN-PZT五元系压电陶瓷性能的影响

采用固相烧结法制备了Ba~(2+)和La~(3+)共掺杂的PZN-PNN-PSN-PZT五元系压电陶瓷。通过XRD、SEM研究了组分的微观结构,并研究了不同Ba~(2+)和La~(3+)共掺杂量对组分的密度及压电介电性能的影响。研究表明:组分的相结构均为单一的ABO3型钙钛矿结构;当x≤0.025时,组分的密度变化不大,x0.025时,密度略有下降;不同量的Ba~(2+)、La~(3+)共掺杂到组分中,所有陶瓷样品存在特征双峰和准同型相界。在x=0.025处,陶瓷的特征双峰逐渐向中间靠拢,说明该处的准同型相界结构最为稳定;当x=0.025时,陶瓷的压电介电性能获得最优,即:ε_r=6327、d_(33)=911pC/N、K_p=0.78、tan_δ=2.94%、Q_m=25。     

(Ag_(0.75)Li_(0.1)Na_(0.1)K_(0.05))(Nb_(1-x)Sb_x)O_3无铅压电陶瓷的结构和电性能研究

采用传统陶瓷工艺制备了(Ag_(0.75)Li_(0.1)Na_(0.1)K_(0.05))(Nb_(1-x)Sb_x)O_3(x=0~0.10)系无铅压电陶瓷,研究了Sb含量变化对陶瓷的相结构、显微结构和电性能的影响。结果表明:在所研究组成范围内陶瓷均形成了单一钙钛矿结构,当x=0.03~0.06时陶瓷存在正交-伪立方两相共存区;Sb~(5+)的引入使陶瓷的晶粒尺寸有所减小,当x=0.04~0.06时陶瓷晶粒尺寸较为均匀(1~2μm)。陶瓷压电常数d_(33)和机电耦合系数k_p随Sb含量增加均先增大后减小,d_(33)和k_p分别在x=0.04和0.05时达到最大值68 p C/N和26.0%。Sb~(5+)的引入使陶瓷的居里温度有所降低,铁电相变得更加不稳定。     

压电报警器PZT压电陶瓷的制备研究

笔者采用传统的固相法制备PZT二元系压电陶瓷。研究了掺杂不同含量为0.1%,0.15%,0.2%,0.25%,0.3%和0.35%的MnO_2和CeO_2对PZT压电陶瓷的结构、介电性能、压电性能和介电损耗的影响。并对其微观组织进行了研究。当锰的掺杂量为0.15%时,压电陶瓷的性能得到最佳的优化:tgδ=0.009 5;kp=0.634;d_(33)=611pC/N;ε=2 523。铈的掺杂使陶瓷的烧结温度升高,当铈的掺杂量为0.15%时,压电陶瓷的性能也得到了最佳的优化:tgδ=0.017;kp=0.623;d_(33)=563pC/N,ε=3 310。在原配方材料的基础上压电常数和机电耦合系数都有所增加。这对压电报警器的声压的提高、体积的减小有着重要的意义。     

Ce掺杂CaBi_8Ti_7O_(27)共生铋层状铁电陶瓷的结构与电学性能

采用固相法制备了CaBi_8Ti_7O_(27–x) Ce(CBT–BIT–x Ce,x=0.00,0.02,0.04,0.06,0.08,0.10)共生铋层状结构陶瓷。利用X射线衍射、高分辨率透射电子显微镜、Raman光谱、介电谱、阻抗谱对其结构和电学性能进行表征。Ce主要是以Ce~(3+)的形式占据类钙钛矿层的A位,也存在少量Ce~(4+)进入B位。Ce掺杂导致陶瓷晶格畸变增加从而提升了Curie温度。在高温区域陶瓷的晶粒对电传导起主要作用,Ce掺杂使陶瓷电导活化能增加是因为氧空位浓度的减少,进而导致介电损耗tanδ减小和压电常数d_(33)的提升。CBT–BIT–0.06Ce陶瓷样品具有最佳电性能:T_c=746℃,d_(33)=22 pC/N,tanδ=0.40%。     

K/Ce离子共掺对Na_(0.5)Bi_(2.5)Ta_(2)O_(9)陶瓷的结构与电学性能影响EI北大核心CSCD

采用传统固相法制备(NaBi)_(0.5-x)(KCe)xBi2Ta_(2)O_(9)(NBTO-x,0≤x≤0.15)无铅压电陶瓷,研究K/Ce离子含量对NBTO陶瓷结构和电学性能的影响.结果表明:所有陶瓷样品均生成了m=2的铋层状结构化合物,且未发现其他明显杂峰;随着K/Ce离子含量的增加,样品的Curie温度T_(C)逐渐降低;K/Ce离子掺杂提高了样品的压电性能,压电常数d_(33)随掺杂量提高呈现出先升高后降低趋势,当x=0.075时,样品的综合性能达到最佳:d_(33)=19.0 pC/N,Curie温度T_(C)=735℃,介电损耗tanδ=0.137%,体积密度ρ=9.113 g·cm^(-3);NBTO(x=0.075)陶瓷在600℃退火2 h,其d_(33)仍高达17.8 pC/N,约为初始值(d_(33)=19.0 pC/N)的93.7%,表现出良好的温度稳定性.     

烧结温度对氧化铜掺杂铪钛酸钡钙陶瓷压电性能的影响

采用传统固相反应方法制备了不同烧结温度的Ba_(0.85)Ca_(0.15)Hf_(0.1)Ti_(0.9)O_3+0.5 mol%Cu O陶瓷,对陶瓷样品的微结构、表面形貌、压电、铁电性能进行了测试和分析,结果表明:在不同烧结温度下,各陶瓷样品均表现出单一钙钛矿结构;陶瓷室温下均为铁电体,且介电损耗在0.01以下,当烧结温度在1450℃时,陶瓷压电系数最大,值为330 p C/N,此时,平均晶粒尺寸约为16.99μm,ε_r=2409,tanδ=0.009,k_p=37%,2P_r=16.21μC/cm~2。     

K/Ce离子共掺对Na_(0.5)Bi_(2.5)Ta_2O_9陶瓷的结构与电学性能影响

采用传统固相法制备(Na Bi)_(0.5-x)(KCe)_xBi_2Ta_2O_9(NBTO-x,0≤x≤0.15)无铅压电陶瓷,研究K/Ce离子含量对NBTO陶瓷结构和电学性能的影响。结果表明:所有陶瓷样品均生成了m=2的铋层状结构化合物,且未发现其他明显杂峰;随着K/Ce离子含量的增加,样品的Curie温度T_C逐渐降低;K/Ce离子掺杂提高了样品的压电性能,压电常数d_(33)随掺杂量提高呈现出先升高后降低趋势,当x=0.075时,样品的综合性能达到最佳:d_(33)=19.0 p C/N,Curie温度T_C=735℃,介电损耗tanδ=0.137%,体积密度r=9.113 g·cm~(-3);NBTO (x=0.075)陶瓷在600℃退火2 h,其d_(33)仍高达17.8 p C/N,约为初始值(d_(33)=19.0 p C/N)的93.7%,表现出良好的温度稳定性。     

Co_2O_3掺杂对Pb(Ni_(1/3)Nb_(2/3))(Zr,Ti)O_3压电陶瓷电学性能及介电弛豫的影响

采用氧化物粉末固相烧结法制备Pb(Ni_(1/3)Nb_(2/3))0.5(Zr_(0.3)Ti_(0.7))0.5O_3–w Co_2O_3(0.5PNN–0.5PZT–w Co)压电陶瓷。研究了Co_2O_3掺杂含量对0.5PNN–0.5ZT压电陶瓷相结构、显微组织、电学性能及介电弛豫的影响。结果表明:Co~(3+)掺杂进入主晶体结构中占据了B位。当0.2%≤w≤0.8%(质量分数)时,样品为单一稳定的钙钛矿结构,存在准同型相界;通过修正Curie–Weiss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Co_2O_3掺杂量的增加,先增加后减小,当w=0.4%时,γ达到最大值,表明样品的介电弛豫特征更为明显。样品具有最佳的综合电学性能,压电常数d33=675 p C/N,机电耦合系数kp=60%,介电常数εr和介电损耗tanδ分别约为5 765和1.16%,说明介电弛豫行为与电学性能相关。     

烧结温度对PCrNi-4压电陶瓷性能的影响

采用传统固相烧结法制备Pb0.94Sr0.06（Zr0.53Ti0.47）O3＋（Ni2O3＋Cr2O3）0.1wt%＋x wt%CeO2（简称PCrNi-4）压电陶瓷,其中x取值为0,0.1,0.3和0.5,研究了烧结温度对陶瓷样品的相结构、显微结构、压电及介电性能。结果标明：所有样品相结构均为三方相与四方向共存。当烧结温度为1280℃,CeO2掺杂量为0.3 wt%时,陶瓷的晶粒大小均匀,致密性良好,具有良好的压电及介电性能（d33=375 pC/N,Kp=0.70115,εT33=1400,tgδ=0.00238）。     

Ca含量对(Ba1-xCax)(Ti0.9Zr0.1)O3无铅压电陶瓷性能的影响

采用传统的固相法制备(Ba1-xCax)(Ti0.9Zr0.1)O3(简称BCTZ)无铅压电陶瓷.借助扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)等测试方法研究了Ca含量对所制备BCTZ无铅压电陶瓷显微结构和压电介电性能的影响.结果表明:随着Ca含量的增加,(Ba1-xCax)(Ti0.9Zr0.1)O3无铅压电陶瓷的晶粒尺寸先增大后减小,所制备的BCTZ陶瓷的物相都是钙钛矿结构,没有杂相;随着Ca含量的增加,BCTZ陶瓷压电常数(d33),介电常数(εr),机电耦合系数(kp)分别先增加后降低,而介质损耗(tanδ)先减小后增大.当Ca含量(x)为0.15mol时,在1450℃烧结制得的(Ba1-xCax)(Ti0.9Zr0.1)O3无铅压电陶瓷性能最佳:压电常数(d33)为363pC/N,机电耦合系数(kp)为39.63％,介电常数(εr)为4184,介质损耗(tanδ)为1.08％.     

(Ba0.85Ca0.15)(Ti0.90Zr0.06Sn0.04)O3-Fe2O3无铅压电陶瓷的性能研究

采用固相法制备了(Ba0.85Ca0.15) (Ti0.90Zr0.06Sn0.04)O3-xmol％Fe2O3(简写为BCTZS-xFe)无铅压电陶瓷.研究了不同掺杂量对该陶瓷的显微结构、介电、铁电及压电性能的影响.结果表明,所有样品均具有单一的钙钛矿结构,少量掺杂能使晶粒长大,提高电性能.在x=0.025时,具有最佳的综合电性能,压电常数d33 =515 pC/N,机电耦合系数kp=48.2％,机械品质因数Qm =182,2Pr=18.2 μC/cm2,2Ec =4.3 kV/cm,介电常数εr=5175.