LiSbO3掺杂NBT KBT无铅压电陶瓷的研究

采用固相法制备了LiSbO3掺杂0.8(Na0.5Bi0.5)TiO3-0.2(K0.5Bi0.5)TiO3 (简称NBT-KBT-LS)无铅压电陶瓷,研究了LS的不同摩尔分数掺杂(0≤x≤1.50%)对样品的显微结构及电性能的影响。结果表明,所制备的NBT KBT LS陶瓷样品均为单一的钙钛矿结构,LS的掺入促进了晶粒的长大,但由于Bi3+与Na+的挥发,导致块状晶粒的出现。掺杂一定量的LS,陶瓷的压电常数d33、机电耦合系数kp、机械品质因子Qm、剩余极化强度Pr与矫顽场Ec均增大,表现出“软硬双性”的掺杂作用。当x=0.75%时,材料的性能最佳：d33=154 pC/N,kp=0.268,Qm=107。     

YMnO_3掺杂对BCZT无铅压电陶瓷性能的影响

采用传统固相法成功制备了(1-x)(Ba0.85Ca0.15)(Zr0.05Ti0.95)O3-xYMnO3(BCZT-YMn)无铅压电陶瓷,研究了YMnO3掺杂对BCZT陶瓷相结构及电性能的影响。结果表明,陶瓷在相变中出现了铁电性优化的现象,当x=0.060时,获得了较佳的铁电性能,外加电场强度为4kV/mm时,其剩余极化强度为18.03μC/cm2,矫顽电场强度为0.9kV/mm,室温下介电常数为3 375,最大介电常数为3 507。当x>0.060时,铁电性突变消失,介电性出现居里峰展宽的现象,同时居里温度亦随之变化。     

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。     

LiSbO3掺杂NBT-KBT无铅压电陶瓷的研究

采用固相法制备了LiSbO3掺杂0.8(Na0.5 Bi0.5) TiO3-0.2(K0.5Bi0.5)TiO3(简称NBT-KBT-LS)无铅压电陶瓷,研究了LS的不同摩尔分数掺杂(0≤x≤1.50％)对样品的显微结构及电性能的影响.结果表明,所制备的NBT-KBT-LS陶瓷样品均为单一的钙钛矿结构,LS的掺入促进了晶粒的长大,但由于Bi3+与Na+的挥发,导致块状晶粒的出现.掺杂一定量的LS,陶瓷的压电常数d33、机电耦合系数kp、机械品质因子Qm、剩余极化强度Pr与矫顽场Ec均增大,表现出“软硬双性”的掺杂作用.当x=0.75％时,材料的性能最佳:d33=154 pC/N,kp=0.268,Qm =107.     

(Nd0.5Ta0.5)4+复合离子对BNT-BKT陶瓷微结构及电学性能的影响

采用固相烧结法制备了(Nd_(0.5)Ta_(0.5))~(4+)复合离子调控的Bi_(0.5)(Na_(0.82)K_(0.18))_(0.5)Ti_(1-x)(Nd_(0.5)Ta_(0.5))_xO_3(BNKT-xNT)无铅陶瓷。研究了(Nd_(0.5)Ta_(0.5))~(4+)复合离子掺杂量对BNKT陶瓷的表面形貌、微观结构,以及铁电、介电、储能、阻抗等电学性能的影响。研究结果表明:(Nd_(0.5)Ta_(0.5))~(4+)复合离子进入了BNKT陶瓷的B位并形成了单一的钙钛矿结构;晶粒分布均匀、致密,晶界清晰;(Nd_(0.5)Ta_(0.5))~(4+)复合离子的引入显著降低了BNKT陶瓷的剩余极化强度、饱和极化强度以及矫顽场,电滞回线变得瘦小、细长,储能效率随之升高,并在x=0.08和60×10~3 V/cm电场下达到了70%;储能密度先减小、后增大、再减小,在x=0.04时达到最大值0.36 J/cm~3;电致应变在x=0.03时最大为0.183%;随着掺杂含量的增加,BNKT-xNT陶瓷从铁电相与弛豫铁电相共存转变为弛豫铁电相,其介电常数峰T_m逐渐降低且平坦化;交流阻抗谱表明BNKT-xNT陶瓷在低温下具有良好的绝缘性。     

复合离子(NaCe)取代SrBi4Ti4O15陶瓷的介电、铁电、压电特性研究

利用普通陶瓷工艺制备了A位复合离子(NaCe)取代的Sr_(1-)_x(NaCe)_x_(/2)Bi_4Ti_4O_(15)(x=0.00～0.20)压电陶瓷,研究了(NaCe)对SrBi_4Ti_4O_(15)(SBT)陶瓷的介电、铁电和压电特性的影响。研究表明,复合离子(NaCe)的取代降低了SBT陶瓷的介电损耗tanδ,降低了SBT陶瓷的矫顽电场E_c,提高了SBT陶瓷的压电系数d_(33)。纯的SBT压电陶瓷的矫顽场E_c=94 kV/cm,复合离子(NaCe)取代的SBT-NaCe(x=0.10)陶瓷的矫顽场E_c=70 kV/cm。随着复合离子(NaCe)含量的增加,SBT的压电性能先增加,然后减小。在x=0.10组分处,SBT-NaCe(x=0.10)陶瓷具有最大的压电系数d_(33)=28 pC/N,约为纯的SBT陶瓷压电系数(d_(33)约15 pC/N)的两倍,其居里温度T_C为510℃。复合离子(NaCe)取代SBT陶瓷压电性能的提高归因于复合离子(NaCe)的取代降低了SBT压电陶瓷的矫顽电场,使得SBT压电陶瓷更容易极化,从而发挥其潜在的压电性能。同时,压电性能的提高还归因于复合离子(NaCe)的取代降低了SBT压电陶瓷的介电损耗和漏电流。材料的退火实验表明:复合离子(NaCe)取代的SrBi_4Ti_4O_(15)压电陶瓷在400℃以下具有较好的压电性能温度稳定性。     

Li_2CO_3掺杂对PZN-PNN-PZT陶瓷结构及性能的影响

采用固相法制备了0.1Pb(Zn_(1/3)Nb_(2/3))O_3-0.1Pb(Ni_(1/3)Nb_(2/3))O_3-0.8Pb(Zr_(0.52)Ti_(0.48))O_3+x%Li_2CO_3(PZN-PNN-PZT,x为质量分数)低温压电陶瓷,研究了Li_2CO_3掺杂对PZN-PNN-PZT压电陶瓷晶体结构、微观形貌及电学性能的影响。实验结果表明,随着Li_2CO_3含量的增加,PZN-PNN-PZT陶瓷晶体结构从三方相向四方相转变,陶瓷晶粒尺寸先增大后减小。掺杂适量的Li_2CO_3能有效提高PZN-PNN-PZT陶瓷的电学性能。当x=0.3时,PZN-PNN-PZT陶瓷具有最好的综合性能:压电常数d_(33)=530 pC/N,机电耦合系数k_p=0.55,品质因数Q_m=60,居里温度T_C=176℃,相对介电常数ε_r=2 800,剩余极化强度P_r=32.80μC/cm~2,矫顽场E_c=0.96 kV/mm。     

改善(Pb,Ca)TiO_3薄膜的铁电性能研究

用溶胶-凝胶法和快速退火工艺在LaNiO3/Si(111)基片制备出高度(100)取向生长的钙钛矿相(Pb0.76Ca0.24)TiO3(PCT)薄膜。用原子力显微镜分析了薄膜的表面形貌;测试了薄膜的铁电和介电特性。PCT薄膜的剩余极化强度和矫顽场分别为9.3μC/cm2和64kV/cm,在100kHz薄膜的介电系数和损耗分别为231和0.045。比较了在不同电极制备PCT薄膜的结果,用LaNiO3作底电极,改善了铁电性,降低了矫顽场。     

Ba(Ti0.91Zr0.09)0.09Al0.01O3陶瓷的介电弛豫特性

采用固相反应法制备了Ba1-xBi(Ti0.91Zr0.09)0.09Al0.01O3陶瓷,借助XRD、Agilent4284A、ZT-I电滞回线测量仪,研究了Bi3+和Al3+共掺杂后对陶瓷的相结构和介电特性的影响.研究结果表明,掺杂后Ba(Ti0.91Zr0.09)0.09Al0.01O3陶瓷的体积密度在x=0.03时,可达5.859 g/cm3,XRD结果显示,在x≤0.01时,衍射峰具有单一的四方BaTiO3结构,观察介电温谱(-30℃≤T≤130℃,10-1kHz≤f≤103kHz,其中f为频率)可发现陶瓷从正常铁电体转变成弛豫铁电体,电滞回线显示矫顽场(Ec)和剩余极化强度(Pc)小,即Ec=0.93 kV/cm,Pc=2.63μC/cm2.     

LiNbO3改性KNN基无铅压电陶瓷的制备和性能

采用传统陶瓷工艺和电子陶瓷公司在工业生产中使用的原料,制备了LiNbO3改性的K0.5Na0.5NbO3基无铅压电陶瓷(KNN xLN,x=0~10%(摩尔分数)),并研究了陶瓷的晶相、显微结构和电性能。当x≤4%时,陶瓷为单一的正交钙钛矿结构;当x≥6%时,出现了四方钨青铜结构的K3Li2Nb5O15第二相。介电常数-温度曲线表明,随着LiNbO3含量的增加,陶瓷的正交→四方结构的相变温度TO-T向低温方向移动,而四方→立方结构的居里温度TC向高温方向移动。当x=4%时,陶瓷具有较好的性能:相对密度达98%,压电常数d33=116 pC/N,机电耦合系数kp=40.6%,剩余极化强度Pr=21.0μC/cm2,矫顽场Ec=0.96 kV/mm,TC=452℃。该体系陶瓷具有较高的TC(420~495℃)和较大的kp,是一种应用前景良好的高温压电铁电材料。     

CuO掺杂Ba_(0.6)Sr_(0.4)TiO_3陶瓷的结构与性能

采用传统陶瓷制备工艺,以容差因子为依据进行CuO掺杂,制备了可在较低温度烧结成瓷的Ba_(0.6)Sr_(0.4)TiO_3(BSTO)基陶瓷.结果表明,w(CuO)=0.5%～4.0%的BSTO基陶瓷可在1 200 ℃烧结成瓷,且不会引入杂相.介电性能测试表明,在室温低频下,随CuO掺杂量的增加,BSTO陶瓷的介电常数增加,而介电损耗降低;在微波频段下,BSTO基陶瓷的介电常数和介电损耗均随CuO掺杂量的增加而增大.可调性测试表明,在1 kV/mm的直流偏压下,各BSTO基陶瓷掺杂样的可调性均大于10%,其中,试样w(CuO)=1%的可调性达到13.2%.     

掺杂PZT粉料的制备及其性能研究

以硝酸盐–柠檬酸为反应体系,通过柠檬酸盐聚合燃烧法合成PZT(Pb((Zr0.52Ti0.48)O3)、PZTS(Pb0.95Sr0.05(Zr0.52Ti0.48)O3)和PZTSM(Pb0.95Sr0.05(Zr0.52Ti0.48)O3+0.75%MnO2(摩尔比))微粉,研究了溶液混合后发生的化学反应,并测试了利用此方法制备的PZT、PZTS和PZTSM的介电和压电性能。结果表明,与PZTS相比,PZTSM的d33(211pC·N–1)、kp(0.498)和ε/ε0(1171)都有显著提高,而tgδ(0.0035)、矫顽电场和剩余极化明显降低,同时表现出施主和受主掺杂特性。     

二次合成法制备(Pb1-xSrx)TiO3铁电陶瓷的性能

采用二次合成的方法,即第一次按陶瓷制备工艺分别合成PbTiO_3与SrTiO_3粉体,第二次将PbTiO_3与SrTiO_3粉体按所需比例混合,成功地制备了性能较好的(Pb_(1-x)Sr_x)TiO_3铁电陶瓷。测试表明,其介电特性较好,介电常数可达10~4量级,介电损耗可低于1.0%;其铁电效应普遍较强,室温附近饱和极化强度可超过10μC/cm~2,矫顽场强可低于100 kV/m,热释电系数达10~(-1)μC/cm~2K量级。     

Mechanical Confinement: An Effective Way of Tuning Properties of Piezoelectric Crystals

Using <001>‐oriented Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃–PbTiO₃ ferroelectric single crystals as a model material, the impact of mechanical confinements on polarization hysteresis, coercive field, and remanent polarization of relaxor‐based piezocrystals is investigated. Comparative studies are made among rhombohedral and tetragonal single crystals, as well as a polycrystalline ceramic, under uniaxial and radial compressive pre‐stresses. The dramatic changes observed are interpreted in terms of the piezoelectric effect and possible phase transitions for rhombohedral crystals, and ferroelastic domain switching and the piezoelectric effect for tetragonal crystals. Under radial compressive stresses, the coercive field for the rhombohedral crystal is observed to increase to 0.67 kV/mm and that for the tetragonal crystal is increased to 0.78 kV/mm. This is a 200% increase relative to the unstressed condition. The results demonstrate a general and effective approach to overcome the drawback of low coercive fields in these relaxor‐based ferroelectric crystals, which could help facilitate widespread implementation of these piezocrystals in engineering devices.     

掺钕钛酸铋铁电陶瓷靶的研制

用添加晶种的方法制备了掺钕钛酸铋(BNT)铁电陶瓷靶材。通过XRD及SEM研究了烧结工艺对铁电陶瓷BNT晶相结构的影响,用RT66型铁电测试仪测定铁电材料BNT的电滞回线。结果表明,采用在800℃预烧、保温2h,1100℃烧结、保温12h的烧成工艺,所得的BNT铁电陶瓷具有良好的c轴取向,具有较好电滞回线(Pr-Ec)。在应用电压为5V,测试频率为1MHz下,BNT铁电陶瓷的剩余极化强度(Pr)及矫顽场强(Ec)可分别达到2.2×10–6C/cm2和5×103V/cm。     

Nb掺杂对Bi_4Ti_3O_(12)陶瓷铁电性能的影响

采用固相反应法制备了Bi4Ti3-xNbxO12+x/2(x=0～0.090,BTN)铁电陶瓷,研究了Nb掺杂量对BTN陶瓷铁电性能的影响。结果表明,适量的Nb掺杂可显著提高材料的剩余极化强度Pr,一定程度上降低矫顽场强Ec,并减小BTN陶瓷的平均晶粒尺寸(1～2μm)。当x=0.045时,陶瓷的综合性能较好,即有较高的2Pr(0.27×10–4C/cm2)和较小的2Ec(7.43×104V/cm),其剩余极化强度与未掺Nb的Bi4Ti3O12陶瓷相比,提高了近3.8倍。     

隔离器用M型钡铁氧体陶瓷电磁性能的研究

以BaCO3和Fe2O3为原料,采用传统陶瓷工艺制备了六角磁铅石M型钡铁氧体陶瓷。采用XRD和SEM表征了样品的晶体结构和形貌特征。采用同轴法测试了样品的复介电常数(ε)和磁导率(μ),利用带状线法测试了其微波吸收性能。结果表明:经不同的烧结制度均制备出了物相单一、结晶良好的钡铁氧体样品;1 200℃保温8h制备的样品ε最大;1 250℃保温4 h制备的样品具有最高的μ,且在10.2 GHz的频率下,吸收损耗可达5.0 dB/mm。     

BT-BKT无铅压电陶瓷的性能研究

通过在BaTiO3(BT)中加入不同含量的Bi0.5K0.5TiO3(BKT),研究了(1–x)BT-xBKT系无铅压电陶瓷的性能特征。经1200℃空气气氛2～4h烧结的陶瓷形成了钙钛矿结构固溶体单一相。陶瓷的介电、压电、铁电性质受BKT含量的影响显著。随着BKT的加入,陶瓷表现出一定的弛豫型铁电体特征。当x为0.20时,陶瓷具有较小的tanδ,并且介电性能稳定。tC及EC随BKT添加量的增加而增大。当x为0.20时,陶瓷的tC达182℃,d33达到63pC/N;x为0.10时,Pr达最大值9.4×10–6C/cm2。     

近化学计量比掺镁铌酸锂晶体周期极化特性研究

采用汽相输运平衡技术制备出了高质量近化学计量比掺镁铌酸锂晶体 ,系统研究了晶体中的 [Li]/ [Nb]比含量对其畴极化电场的影响 .实验结果表明 :随着晶体中 [Li]/ [Nb]比的提高 ,畴极化反转电场呈明显下降趋势 ,使用近化学计量比掺镁铌酸锂晶体 ,我们在 3.5± 0 .1kV/mm大小的外加极化电场条件下 ,成功地实现了 1.0mm厚度的周期极化畴反转 .我们用铌酸锂晶体的缺陷模型对实验结果给出了合理的解释 .     

预烧温度对PZN-PZT压电陶瓷电性能的影响

采用传统固相法制备了化学计量比为0.3Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-0.35PbTiO3-0.35PbZrO3的压电陶瓷,研究了所制陶瓷的预合成温度对其微观结构和压电介电性能的影响。结果显示,当预合成温度大于800℃时可以获得纯钙钛矿相,低于800℃钙钛矿主晶相不明显且有很多杂相产生。当预烧温度为775℃时,经1 125℃保温3 h烧结的陶瓷具有最佳综合性能:d33=431 pC/N、k31=0.36、Ec=9.98×103 V/mm、Pr=22.52×10–6 C/cm2、εr=1 874、tanδ=0.024、ρ=7.88 g/cm3。