钛酸铋钠基无铅压电陶瓷晶粒生长机制的研究

应用晶粒生长动力学唯象理论研究籽晶模板对0.94Na0.5Bi0.5TiO3-0.06 BaTiO3无铅压电织构陶瓷中等轴晶生长的影响规律,确定了等轴晶生长动力学指数和激活能,探讨了籽晶含量对无铅压电织构陶瓷等轴晶生长的作用机理。实验结果表明,当Bi2.5Na3.5Nb5O18的质量分数低于10%时,主要是界面反应控制机制;质量分数增加到15%时,以晶格扩散机制为主;质量分数增加到20%时,由晶格扩散机制转化为以晶界扩散机制为主;当其质量分数大于20%时,以界面反应机制为主。     

Bi过量和Mn掺杂的钛酸铋钠基无铅压电陶瓷

采用传统电子陶瓷制备工艺制备(1–y)(Na0.5Bi0.5)TiO3-yBa(ZrxTi1–x)O3无铅压电陶瓷,获得了d33高达185pC/N的0.94(Na0.5Bi0.5)TiO3-0.06Ba(Zr0.055Ti0.945)O3压电陶瓷。对Bi的挥发进行了补偿,添加过量Bi2O3(摩尔分数z=0.08)的钛酸铋钠基压电陶瓷,d33高达218pC/N。研究了Mn掺杂对钛酸铋钠基陶瓷压电、介电性能和损耗的影响,获得了高性能的无铅压电陶瓷,其中d33为214pC/N,kt为0.44,k33为0.52。     

钛酸铋钠基无铅压电陶瓷烧结行为

利用固相合成法合成了纯钙钛矿结构的钛酸铋钠基压电陶瓷,研究了不同烧结温度下的钛酸铋钠基压电陶瓷的烧结行为,并对烧结过程中陶瓷表面出现第二相的机制进行了模型分析。最后研究了钛酸铋钠基陶瓷系列的电学性能。结果表明,第二相TiO2仅出现在陶瓷的表面,是由于在烧结过程中,钠、钾的脱溶造成晶界处出现第二相。介电常数和压电常数对烧结温度比较敏感。     

无铅压电陶瓷研究的新进展

综述了近年来国内外无铅压电陶瓷材料方面的研究进展。主要介绍了钛酸钡基、铌酸盐系、含铋层状结构以及含铋钙钛矿型无铅压电陶瓷体系中所开展的研究工作。同时对近年来无铅压电陶瓷在粉体制备以及晶粒定向新工艺方面的进展也进行了简要的评述。     

镧掺杂钛酸铋钠钾系无铅压电陶瓷的制备工艺

利用XRD、SEM等技术分析方法,研究了工艺条件对[(Na0.5Bi0.5)0.82(K0.5Bi0.5)0.18]1-xLaxTiO3(x=0~0.1)无铅压电陶瓷的物相组成、显微结构和压电性能的影响。结果表明:提高合成温度至870~900℃有利于主晶相的形成;在1130℃下烧结可得到高致密样品。同时研究了极化工艺条件对材料压电性能的影响:极化温度保持在80~100℃之间,极化电场强度为4MV/m可以得到较好的压电性能。     

织构化钛酸铋钠基无铅压电陶瓷的制备与性能研究

用熔盐法制备了片状 Bi4Ti3O12模板,由 Bi4Ti3O12片状前驱体制备了 Bi0.5Na0.5TiO3（BNT）模板,由模板晶粒生长法制备了织构化0.91Bi0.5Na0.5TiO3-0.06BaTiO3-0.03K0.5Na0.5NbO3陶瓷。研究了 Bi4Ti3O12以及Bi0.5Na0.5TiO3两种模板及模板含量对Bi0.5Na0.5TiO3无铅压电体系织构化的影响及织构化陶瓷的压电性能。结果表明Bi0.5Na0.5TiO3模板比Bi4Ti3O12模板更适合用于此体系的织构化,并且,在加入质量分数15%的Bi0.5Na0.5TiO3模板时 Bi0.5Na0.5TiO3陶瓷取向度达到87.3%。质量分数5%的 BNT 模板织构化的陶瓷在6×103 V/mm 电场下应变达到0.226%,相较于随机取向陶瓷提高了48.7%。     

钛酸铋钠-钛酸钡系无铅压电陶瓷的压电性能

研究了（1-x）Na0.5 Bi0.5 TiO3-xBaTiO3系无铅压电陶瓷的介电、压电性能。通过X-射线衍射分析发现，当0．06≤x≤0.10时，该体系陶瓷具有三方、四方相共存的晶体结构，此时材料具有最佳的压电性能。测试x=0．06时陶瓷样品的介电温谱和电滞回线发现在相界附近的陶瓷为弛豫型铁电体，并在加热过程中发生了铁电-反铁电-顺电相的转变。     

关于无铅压电陶瓷及其应用的几个问题

综合分析无铅压电陶瓷在压电陶瓷材料中的地位,指出要想让无铅压电陶瓷完全取代铅基压电陶瓷在现阶段是不可能的,但对大量的压电中端应用和低端应用,无铅压电陶瓷材料与器件大有用武之地;给出了目前无铅压电陶瓷研究的主要体系,包括BaTiO3基无铅压电陶瓷、Bi1/2Na1/2TiO3(BNT)基无铅压电陶瓷和铌酸盐系无铅压电陶瓷;分析了当前无铅压电陶瓷研究开发应注意的问题,并对今后研究开发的相关方向,如提高机电耦合系数(k)、压电常数(d)和机械品质因数(Qm)等,提出了一些建议。     

B位取代钛酸铋钠基压电陶瓷的结构与性能

采用传统固相反应制备出了0.80Na0.5Bi0.5TiO3-0.20K0.5Bi0.5TiO3(NKBT)基无铅压电陶瓷材料,研究了高化合价离子(Sb5+, Nb5+,W6+) B位掺杂对NKBT基无铅压电陶瓷结构与性能的影响.结果表明,掺杂等量Sb3+、Nb5+和W6+后,NKBT基陶瓷的主晶相仍然为钙钛矿相结构,其中掺杂Sb5+和Nb5+时,陶瓷中分别出现少量Sb6O13和Nb2O5相.掺杂离子的相对原子质量越大,陶瓷的压电常数d33越大.W6+为最优掺杂离子.不同W6+含量的NKBT陶瓷的主晶相均为钙钛矿相,当W6+摩尔分数为8%时,出现焦绿石相Bi14W2O27.W6+的固然极限为4%.随着W6+摩尔分数的增加,材料的介电常数εr、d33及居里温度TC减小,介电损耗tan δ增加.当W6+的摩尔分数为1%时,陶瓷的性能达到最佳,其d33、εr、tan δ、TC分别为123 pC/N,1 352、0.042 9,318 ℃.     

钛酸铋钠基无铅压电陶瓷烧结行为

利用传统的固相合成法合成了纯钙钛矿结构的钛酸铋钠基压电陶瓷,研究了不同烧结温度下的钛酸铋钠基压电陶瓷的烧结行为,并对烧结过程中陶瓷表面出现第二相的机制进行了模型分析。最后研究了钛酸铋钠基陶瓷系列的电学性能。     

(Na_(0.5)K_(0.5-x)Li_x)NbO_3高温无铅压电陶瓷性能研究

为降低成本,采用传统电子陶瓷工艺制备了(Na0.5K0.5–xLix)NbO3(x=0.057～0.066)无铅压电陶瓷。Li取代K可以明显提高样品的居里温度(tC),x=0.066时样品的tC高达510℃,比纯(Na0.5K0.5)NbO3陶瓷高70℃左右。x=0.064时样品的d33高达212pC/N,kp为45.7%。x=0.063～0.066时样品的tanδ均低于0.020。特别是,x=0.066的样品经450℃退火24h,d33仍高达125pC/N。实验表明,(Na0.500K0.434Li0.066)NbO3是高性能的高温无铅压电陶瓷。     

(1-3x)NBT-2xKBT-xBT系无铅压电陶瓷性能研究R&D

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≤0.035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=0.035时,陶瓷的压电常数d33达到150 pC/N,平面机电耦合系数kp达到0.297 7,均高于相应两元体系的压电性能。测定了该体系陶瓷材料的介电常数–温度曲线和电滞回线,发现该体系陶瓷的介电温谱都存在两个介电反常峰,分别对应于陶瓷材料的铁电–反铁电和反铁电–顺电相变。同时,该体系陶瓷具有弛豫铁电体性质。     

Na0.5K0.5NbO3-LiTaO3无铅压电陶瓷的研究

采用传统固相反应合成法制备(1–x)Na0.5K0.5NbO3-xLiTaO3无铅压电陶瓷,研究了LiTaO3对Na0.5K0.5NbO3材料晶体结构和压电性能的影响。结果表明:随着LiTaO3含量的增加,材料逐渐由斜方相向四方相过渡。当x<0.06时,材料为斜方相;当x>0.06时,材料为四方相;并发现有未知相结构的Ta2O5存在;材料在x=0.06处为准同型相界,该组分材料具有良好的压电性能:d33=134~151 pC.N-1,kp=30%~38%,Qm=153,Nd=3 181 Hz.m.     

氧化钇掺杂NBBT压电陶瓷的介电特性

研究了Y2O3掺杂对(Na0.5Bi0.5)0.94Ba0.06TiO3(NBBT)陶瓷晶体结构、介电性能与介电弛豫行为的影响。XRD分析表明,x(Y2O3)掺杂在0～0.7%范围内陶瓷均能够形成纯钙钛矿固溶体。修正的居里-外斯公式较好地描述了陶瓷弥散相变特征,弥散指数随Y2O3掺杂量的增加先下降后增加。Y2O3掺杂量低于0.3%的陶瓷仅在低温介电反常峰tf附近表现出明显的频率依赖性,Y2O3掺杂量高于0.5%的陶瓷材料在室温和tf之间都表现出明显的频率依赖性。根据宏畴-微畴转变理论探讨了该体系陶瓷介电弛豫特性的机理。     

Pechini法制备Bi0.5Na0.5TiO3陶瓷的研究

采用Pechini法成功制备出钛酸铋钠(Bi0.5Na0.5TiO3,简写为BNT)粉体,并利用此粉体烧结出致密的BNT陶瓷。Pechini法所制备的BNT陶瓷具有优良的压电性能,其压电常数d33高达105 pC/N,是目前文献所报道BNT陶瓷压电常数的最高值。室温时只需施加80 kV/cm的测量电压即可获得矩形度极好的饱和电滞回线,其剩余极化强度Pr与矫顽场Ec分别为37μC/cm2和61.2 kV/cm,且在60℃只需施加40 kV/cm的直流电场就可以使陶瓷充分极化。对不同Bi3 含量BNT陶瓷的研究表明,适当的Bi3 含量有利于获得结构致密、晶粒细小的微观结构与较高的铁电、压电性能。     

熔盐法合成钛酸铋钾陶瓷粉体

以K2CO3,Bi2O3和TiO2为反应物,KCl为熔盐,通过熔盐法在600℃成功合成纯钙钛矿结构K0.5Bi0.5TiO3(KBT)无铅陶瓷粉体。探寻了制备过程中影响粉体颗粒大小和形貌的工艺参数,并对影响机理进行了探讨。结果表明,与传统固相法相比,熔盐法合成温度显著降低且颗粒平均粒径明显减小。固相法合成的粉体平均粒径为115nm,KCl含量5%和20%的熔盐法合成粉体平均粒径为78nm和67nm。此外,实验发现随着熔盐量的增加,易合成各向异性的棒状粉体。