(K_(0.5)Na_(0.5))NbO_3-CaZrO_3基无铅压电陶瓷的相结构和压电性能研究

采用传统陶瓷工艺制备了(1-x)(K0.5Na0.5)NbO3-xCaZrO3(简称KNN-CZ)无铅压电陶瓷。分析了陶瓷样品的相结构组成。测试结果表明:所有陶瓷样品均为钙钛矿相,未发现其它晶相。随着CaZrO3含量的增加,(1-x)KNNxCZ陶瓷的相结构由正交相转变为四方相,最后变为立方相。研究了不同CaZrO3含量对压电性能的影响,实验表明:当CaZrO3含量为0.05mol时,压电常数d33和径向机电耦合系数kp分别达到了最大值196pC/N和0.35。(1-x)KNNxCZ(x=0.05)陶瓷的压电性能展现了良好的温度稳定性和经时稳定性,这些结果表明(1-x)KNN-xCZ(x=0.05)陶瓷是一种优良的无铅压电备选材料。     

高d_(33)·g_(33)PZT压电陶瓷的制备

通过传统固相烧结方法,研究不同Sb2O3掺入量和有机粘合剂聚乙烯醇(PVA)掺入对锆钛酸铅(PZT)压电陶瓷性能的影响,制备了高d33·g33PZT压电陶瓷。采用扫描电子显微镜,阻抗分析仪,压电参数分析手段,对PZT压电陶瓷的性能进行了测试,结果为:机电耦合系数Kp=63.5%,介电损耗tanδ=0.018,相对介电系数εr=2004,压电性能d33=512pC/N,g33=29×10-3Vm/N,d33·g33=14.62pC·Vm/N2。该材料可应用于多个领域。     

(Bi_(1/2)Na_(1/2))TiO_3BaTiO_3系无铅压电陶瓷工艺的研究

详细探讨了在制备(Bi1/2Na1/2)TiO3 BaTiO3(abbr.BNBT)系无铅压电陶瓷的过程中,合成条件Ty和烧结温度Ts对材料压电介电性能的影响,确定了较好的制备BNBT系压电陶瓷的工艺条件,并且系统地研究了(1-x)·(Bi1/2Na1/2)TiO3 xBaTiO3(x=0 02、0 04、0 06、0 08、0 10)的性能。XRD结构分析发现系统的相界在x=0 06,此时d33等压电介电性能参数达到最佳值。     

高Curie温度(1-2x)PbNb2O6-xSrTiO3-xTiO2压电陶瓷

采用传统电子陶瓷的制备方法制备了(1-2x)PbNb2O6-xSrTiO3-xTiO2(x=0.005～0.025)高Curie温度(θc)压电陶瓷.X射线衍射分析表明:所有样品在1 250℃保温2h烧结均形成铁电性的斜方钨青铜型结构(tungsteu bronze structure,TB).相对介电常数-温度(εr-θ)曲线表明:该体系具有高的θc(500～560℃).测试了不同掺杂量对陶瓷介电和压电性能的影响,发现材料的θc、压电常数(d33)和机电耦合系数(κp)随着x值的增加先增加后降低.当x=0.02时,陶瓷的d33达到最大值,为83pC/N,θc为550℃,κp达33.4%,材料的介电常数Εθ33/ε0为217,为组成的最优配方.     

微波水热法制备(1-x) K0.55Na0.45NbO3-xLiSbO3系无铅压电陶瓷

以分析纯NaOH,KOH,Li2CO3,Nb2O5,Sb2O3等为原料,采用微波水热法合成(1-x)K0.55Na0.45NbO3-xLiSbO3(KNNLS,x =0.03～0.07mol)粉体,分析了粉体的晶体结构与形貌.以该粉体制备压电陶瓷,系统研究了LiSbO3含量对压电陶瓷结构与性能的影响.研究结果表明:微波水热法在220℃下保温30min可以合成具有纯正交钙钛矿结构的KNNLS(x=0.03～0.07)粉体,粉体呈立方状,尺寸约0.5～1μm.利用该粉体制备的压电陶瓷结构致密,晶粒大小分布均匀.当x=0.05时,该组成陶瓷具有最佳的综合压电性能:压电常数d33=110 pC/N,平面机电耦合系数kp=0.29,介电常数εT33/ε0=466,介质损耗tanδ =1.4％以及机械品质因素Qm=107.     

xPb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3–(1–x)Pb(Zr_(0.48)Ti_(0.52))O_3压电陶瓷的准同型相界与介电性能

采用铌铁矿预产物合成法制备组成在准同型相界(morphotropic phase boundary,MPB)附近的xPb(Mg1/3Nb2/3)O3-(1-x)Pb(Zr0.48Ti0.52)O3(PMN-PZT,x=0.125,0.15,0.175,0.2,0.225,0.25,摩尔分数)压电陶瓷。X射线衍射和Raman光谱分析表明:所有陶瓷样品的相组成均为纯钙钛矿相,未探测到其他杂相;随PMN含量的增加,PMN-PZT压电陶瓷的相结构从四方相逐渐向菱方相转变,该体系的MPB组成在x=0.2附近,而且其相结构为四方相与菱方相共存。陶瓷断口的扫描电镜观察表明:陶瓷的晶粒尺寸约1～3μm。陶瓷的介电温谱表明:x=0.2,陶瓷的Curie温度为308.8℃,峰值介电常数约为16380,室温压电常数为351pC/N;陶瓷的Curie温度随PMN含量增加线性下降。     

Pb 1-xSrx(Mn1/3Sb2/3)aZrbTicO3三元系压电陶瓷的压电和介电性能

对Pb 1-xSrx(Mn1/3Sb2/3)aZrbTicO3+0.2%(质量分数)CeO2 (PMS-PZ-PT)三元系压电陶瓷的烧结温度(1 150～1 225 ℃)和Sr2+取代量(摩尔分数0～8%)进行了系统研究. 通过XRD图谱计算的晶格参数说明Sr2+取代Pb2+后, 晶胞更趋于各向同性且产生收缩, 从而改善样品的性能. 实验结果表明 当x=0.02时, 在1 200 ℃, 2 h条件下烧结, 能获得优良的综合性能εr =1 461, tanδ=0.003 8, Kp=0.63, Qm=1 321, d33=409×10-12 C·N-1, 可以满足超声马达和压电变压器等应用方面的要求.     

Sm掺杂Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PZT压电陶瓷的研究

本文通过一步反应合成法制备了铌镁-锆钛酸铅(Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-Pb(Zr,Ti)O₃,PMN-PZT)压电陶瓷,研究了稀土元素钐(Sm)掺杂对PMN-PZT(x%(摩尔分数)Sm-PMN-PZT)结构与电学性能的影响规律,得到了具有高压电性、高机电耦合系数和高居里温度的压电陶瓷。当x=2.0时,压电常数d₃₃=611 pC/N,机电耦合系数k_p=0.68,介电损耗tan δ=1.65%,相对介电常数ε_r=2 650,居里温度T_C=283 ℃。测试压电陶瓷电致应变性能,在3 kV/mm下单极电致应变达到0.20%,显示出其大应变材料的特征。结果表明,Sm掺杂PMN-PZT压电陶瓷具有优异的综合电学性能,有望在换能器、传感器以及致动器等领域广泛应用。     

Y_2O_3,Fe_2O_3掺杂(Na_(0.5)Bi_(0.5))TiO_3无铅压电陶瓷的研究

采用固相法制备了(Na0.5Bi0.5)TiO3+xmol%Y2O3+xmol%Fe2O3(0≤x≤1.25)(简称NBTYF)无铅压电陶瓷。XRD衍射结果表明,所有陶瓷样品均为单一的钙钛矿结构。SEM表明,掺杂后陶瓷的晶粒尺寸增大。介电温谱表明该体系陶瓷具有弛豫特性,随掺杂量的增加,退极化温度Td向低温方向移动,而居里温度Tc向高温方向移动。陶瓷的密度和压电常数d33和随x的增加先增大后减小,而机械品质因子Qm一直下降。当x=1.00时,该体系陶瓷具有最佳压电性能,d33=106pC/N,Qm=93,kp=16.08%,εr=594,tanδ=5.33%,ρ=5.699g/cm3。     

LixNa(0.52-x)K0.48NbO3无铅压电陶瓷性能研究

采用普通的固相烧结方法制备了LixNa(0.52-x)K0.48NbO3无铅压电陶瓷,研究了陶瓷的显微结构及压电性能。随着Li含量的增加陶瓷烧结温度降低,相结构逐渐由正交相向四方相转变。在x=0.05时,压电常数d33达到117pc/N,平面机电耦合系数kp为36.4%,介电损耗tanδ为0.032。     

Cu掺杂对(K_(0.5)Na_(0.5))NbO_3-(Bi_(0.5)Na_(0.5))TiO_3-LiSbO_3-NaTaO_3系压电陶瓷结构及性能的影响

采用传统的陶瓷工艺制备了0.94[0.9405(K0.5Na0.5)NbO3-0.0095(Bi0.5Na0.5)TiO3-0.05LiSbO3]-0.06NaTaO3(简称KNN-BNT-LS-NT)+xmol%CuO(0≤x≤2.0)陶瓷,研究了其晶体结构、压电、介电以及铁电性质,并对Cu2+在A、B位取代做了详细的分析讨论。结果表明,Cu2+的加入能显著提高陶瓷的机械品质因数Qm和降低其介电损耗tanδ,当加入1.5mol%的Cu2+在时,取得较佳的性能,即d33=183pC/N、Qm=166、tanδ=0.0135。     

压电陶瓷变压器材料PMMN-PZT的研究

研究了一种四元系压电陶瓷变压器材料PMMN -PZT。XRD分析证明 ,采用二步法预合成的PMMN -PZT粉料不如一步法 ;SEM分析进一步证实了一步法预合成的粉料能制成性能更好的陶瓷样品。造粒工艺对陶瓷样品的显微结构和压电性能也有重要的影响。最后制得了性能较好的PMMN -PZT压电陶瓷材料 ,其Kp=0 .5 18,Qm=3887,tanδ =0 .71% ,εT3 3 /ε0 =70 1,d3 3 =2 0 3,基本上能满足压电变压器的要求     

0-3型压电陶瓷/硫铝酸盐水泥复合材料的介电性能和压电性能

用压制成型法，以水泥为基体，铌镁锆钛酸铅(lead magnesium niobate-lead zireonate-lead titanate，PMN)陶瓷颗粒为功能体制备了水泥基压电复合材料。分析讨论了复合材料的压电性能和介电性能。研究了水泥水化龄期对复合材料压电性能的影响，并对其机理进行了初探。结果表明：随着PMN含量的增加，压电复合材料的压电应变常数d33和介电常数均增大；不像压电陶瓷或压电复合材料的压电性能随时问的延长而减弱，水泥基压电复合材料的压电性则是随着水泥水化龄期的延长而增加，当到达一定龄期后，压电性能趋于稳定。     

Ba(Zr_(0.055)Ti_(0.945))O_3含量对[(Na_(0.80)K_(0.16)Li_(0.04))_(0.5)Bi_(0.5)]TiO_3陶瓷性能的影响

系统研究(1-y)[(Na0.80K0.16Li0.04)0.5Bi0.5]TiO3-yBa(Zr0.055Ti0.945)O3无铅压电陶瓷,获得压电应变常数高达185pC/N的0.94[(Na0.80K0.16Li0.04)0.5Bi0.5]-TiO3-0.06Ba(Zr0.055Ti0.945)O3压电陶瓷。样品的晶体结构为三方相、四方相共存,处于准同型相界(morphotropic phase boundary,MPB)附近。该类陶瓷室温MPB的摩尔(下同)含量为0.050y0.065。样品y=0.060在40°左右的(003)、(021)双峰与46.5°左右的(002)、(200)双峰分裂最明显。随着Ba(Zr0.055Ti0.945)O3含量的增加,铁电相-反铁电相相变温度(θd)升高、反铁电相-顺电相相变温度(θm)降低;θd和θm的温差越来越小,材料的弛豫性逐渐降低。     

La置换Pb对Sb掺杂PZT压电陶瓷介电和压电性能的影响

研究了Pb1–xLax(Zr1–yTiy)1–x/4O3+1.5%(质量分数)Sb2O5陶瓷(PLSZT)的介电、压电性能及其微观结构,获得了高压电性能、小晶粒尺寸的压电陶瓷材料。结果显示:x≤5%时,晶体结构为纯钙钛矿相;x>5%时,为钙钛矿和焦绿石两相混和物。随着x的增大,介电常数和压电常数均呈现先增大后减小的趋势。介电常数在x=6%、y=0.45时最大,最大介电常数εmax≈3900,介电损耗tgδ≈1.8%;压电性能在x=4%、y=0.45时最强,压电应变常数d33≈600pC/N,径向机电耦合系数kp≈0.7,厚度机电耦合系数kt≈0.51,此时的平均晶粒尺寸约为2μm。     

La掺杂(Na_(0.5)Bi_(0.5))_(0.82)(K_(0.5)Bi_(0.5))_(0.18)TiO_3系统无铅压电陶瓷的制备工艺探讨

采用传统陶瓷工艺,研究了制备[(Na0.5Bi0.5)0.82(K0.5Bi0.5)0.18]1-xLaxTiO3(x=0.00,0.01,0.03,0.05,0.10)无铅压电陶瓷的工艺条件对陶瓷的物相组成、显微结构和压电性能的影响。利用XRD、SEM等技术分析结果表明,合成温度的提高有利于主晶相的形成,且此系统烧成温度范围较窄,故需控制在合适的烧成温度下才能得到高致密度的陶瓷。同时,研究了极化工艺条件对材料压电性能的影响,结果表明,提高极化电场强度、控制适当的极化温度有利于提高材料的压电性能。     

无铅压电陶瓷材料研究现状

随着人们环保意识的增强，无铅压电陶瓷材料的研究和应用已日益引起人们的关注。文中综合介绍了铋层状材料和钛酸铋钠基无铅材料的压电特性，总结了各种添加剂对其压电性能的影响机理和规律，介绍了当前以各种工艺对其微观结构和压电性能改进的研究成果，并对2种材料的应用前景进行了展望。