稀土元素Pr替位改性的高温CaBi_2Nb_2O_9压电陶瓷

采用普通陶瓷工艺制备了由稀土元素Pr替位改性的高温Ca1-xPrxBi2Nb2O9(x=0～0.100)无铅压电陶瓷,研究了Pr含量对CaBi2Nb2O9(CBNO)压电陶瓷介电及压电性能的影响。结果表明:Pr对Ca的替换明显提高了CBNO压电陶瓷的压电性能。其中,Pr含量x为0.050的Ca0.95Pr0.05Bi2Nb2O9压电陶瓷表现出最好的压电性能,其压电常数d33高达14pC/N,且在800℃以下表现出良好的温度稳定性。     

高频压电器件用Co2O3改性PbTiO3基压电陶瓷

报道了一种适用于高频压电器件的Co2O3改性Pb(Mn1/3Sb1/3)O3-PbTi O3(PT-PMS)基陶瓷。采用轧膜成型工艺制备了PT-PMS压电陶瓷,研究了加入Co2O3对陶瓷的介电、压电和机电性能的影响。结果表明,加入适量Co2O3,提高了陶瓷烧结密度,改善了陶瓷压电性能;同时,Co2O3的硬性掺杂作用使陶瓷的机械品质因数Qm明显上升。当Co2O3的质量分数为0.65%时,陶瓷表现出良好的机电性能:εr=290,d33=78 pC/N,kp=0.133,kt=0.489,Qm=2 162,TC=325℃。此外,该陶瓷具有高的居里温度TC,能满足回流焊工艺要求。     

SiO2对低温烧结PMSZT压电陶瓷性能的影响

探讨了低温烧结时SiO2掺杂对锑锰锆钛酸铅Pb(Mn1/3Sb2/3)0.05Zr0.47Ti0.48O3(PMSZT)压电陶瓷性能的影响,通过X-射线衍射及扫描电镜分析Pb(Mn1/3Sb2/3)0.05Zr0.47Ti0.48O3 w(SiO2)(w=0.05%~0.30%,质量分数)陶瓷的相组成和显微结构。结果表明,合成温度900℃时,可得到钙钛矿结构。w(SiO2)不同时PMSZT试样均为四方相和三方相共存,随着w(SiO2)的增加,三方相在准同型相界中的比例略有增加。当w(SiO2)=0.10%时,得到电性能优良的压电陶瓷,相对介电常数3Tε3/0ε=1 290,介质损耗tanδ=0.4%,压电常数d33=264 pC/N,机电耦合系数kp=0.59,机械品质因数Qm=3 113。SiO2的加入使PMSZT陶瓷的居里温度降低,谐振频率随温度的变化几乎都是正。     

锑锰锆钛酸铅压电陶瓷的MnO2改性研究

探讨了MnO2过量对锑锰锆钛酸铅(Pb(Mn1/3Sb2/3)0.05Zr0.47Ti0.48O3,简写为PMSZT5)压电陶瓷的性能影响。通过X线衍射(XRD)分析了PMSZT5+z%MnO2(z=0～0.7,质量分数)陶瓷的相组成。结果发现,合成温度900℃保温2h后可得到完全钙钛矿结构。随着锰含量的增大,体系从准同型相界向三方相转变。z>0.1、1 240℃烧结温度下,介电常数ε3T3/ε0、压电常数d33、机电耦合系数kp达到最佳值,即ε3T3/ε0=1 560、d33=350pC/N、kp=0.63。该组成的谐振频率fr、横向机电耦合系数k31和压电常数d31的温度稳定性与未掺杂相比有所改善。过量锰的加入使PMSZT5的居里温度降低。     

新型无铅压电陶瓷NBT-NBSN的研究

采用传统陶瓷制备方法,制备出一种钙钛矿结构无铅新压电陶瓷材料(1-x)(Na1/2Bi1/2)TiO3-x(Na1/2Bi1/2)(Sb1/2Nb1/2)O3(x=0~1.4%,摩尔分数)。研究了(Na1/2Bi1/2)TiO3(NBT)陶瓷B位复合离子(Sb1/2Nb1/2)4 取代对介电和压电性能的影响。X-射线衍射分析表明,所研究的组成均能形成纯钙钛矿(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,不同频率下陶瓷材料的介电常数-温度曲线显示该体系材料具有明显的弛豫铁电体特征。检测了不同组成陶瓷的压电性能,发现材料的压电常数d33、厚度机电耦合系数kt和介电常数rε随着x值的增加先增加后降低,在x=0.8%时,陶瓷的d33=97 pC/N,kt=0.50,为所研究组成中的最大值,介电损耗tanδ则随x值的增加而增加。     

SiO_2掺杂低温烧结PMMNS压电陶瓷的结构和性能

采用固相二步合成法制备SiO2掺杂Pb(Mg1/3Nb2/3)0.05(Mn1/3Nb2/3)0.04(Mn1/3Sb2/3)0.01Zr0.45Ti0.45O3(PMMNS)压电陶瓷,探讨了不同SiO2掺杂量对陶瓷样品的相结构和机电性能的影响。结果表明:在烧结温度为980℃时,可以得到纯钙钛矿结构PMMNS陶瓷。SiO2的加入,明显降低了PMMNS陶瓷的烧结温度。当SiO2的掺杂量为质量分数0.10%时,所得性能最佳:kp=0.51,d33=323pC/N,Qm=1475,tanδ=0.0038和εr=1762。     

Bi改性铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的温度稳定性

铌酸钾钠基压电陶瓷(Na0.53K0.41Li0.06)Nb0.955Sb0.045O3的正交–四方多型相变在室温附近,具有良好的压电性能,但其温度稳定性很差。通过掺杂Bi2O3,使该陶瓷的正交–四方多型相变温度tO-T从15℃降低到了–9℃,同时保持了较高的居里温度tC(368℃),从而显著改善了其压电性能的温度稳定性。由于Bi3+施主掺杂作用和Sb5+较强的电负性,改性后的陶瓷保持了优良的电学性能:d33=213pC/N,kp=0.441,ε3T3=1319,tanδ=0.016。     

Sb含量对0.96(K_(0.5)Na_(0.5))(Nb_(1–x)Sb_x)O_3-0.04Bi_(0.5)Na_(0.5)ZrO_3无铅压电陶瓷结构与电性能的影响

采用传统固相法制备了0.96(K_(0.5)Na_(0.5))(Nb_(1–x)Sb_x)O_3-0.04Bi_(0.5)Na_(0.5)ZrO_3(0.96KNNS_x-0.04BNZ,x=0,0.01,0.02,0.03,0.04,0.05)无铅压电陶瓷,系统研究了Sb含量对0.96KNNS_x-0.04BNZ压电陶瓷晶相组成、显微结构及压电性能的影响规律。X射线衍射分析结果表明:0.96KNNS_x-0.04BNZ陶瓷具有纯钙钛矿结构,随着Sb含量x的增加,陶瓷从正交-四方两相共存转变为四方相,x≤0.02时在正交-四方两相共存的多型相转变(Polymorphic Phase Transition,PPT)区域。在该PPT区域靠近四方相的边界x=0.02处,陶瓷具有优异的压电性能:压电常数d_(33)=354 p C/N;平面机电耦合系数k_p=43.6%;机械品质因数Q_m=46;相对介电常数ε_r=2100;介电损耗tanδ=2.6%,居里温度t_C=290℃。     

(Na,K,Li)(Nb,Sb)O3无铅压电陶瓷的性能

采用传统的固相反应法和普通烧结工艺,制备了A位和B位复合的(Na0.5+xK0.44Li0.06–x)Nb0.95Sb0.05O3(x=0,0.006,0.012)系无铅压电陶瓷样品,并对样品的压电、机电性能进行了研究。结果表明:该陶瓷系列具有很高的压电应变常数(x=0.006时d33=243pC/N)、低的介质损耗(tanδ<2×10–2)、较高的机电耦合系数(x=0.012时,k33=0.632)、高的铁电顺电相变温度(tC约400℃)。这些性能显示了它是一种替代铅基PZT的具有很好应用前景的无铅压电陶瓷。     

高性能铌酸钾钠无铅压电陶瓷研制

用常规氧化物固溶方法制备了无铅压电铌酸盐((Na0.5K0.5)1-xLixSbyNb1-yO3)陶瓷。实验结果表明,Li+和Sb5+的引入提高了陶瓷的压电性能。在一定配比范围内(Li和Sb在10%摩尔分数以内),材料为斜方、四方相共存的钙钛矿结构,材料的压电常数d33在270 pC/N以上,机电耦合系数kp、kt、k33分别达到49×10–2、43×10–2、64×10–2。介质损耗tgδ小于2.0×10_2,居里温度tC高达375℃。     

0.95K0.47Na0.47Li0.06NbO3-0.05Ba0.95Sr0.05TiO3陶瓷的微结构与压电性能

采用传统陶瓷制备技术制备了0.95K0.47Na0.47Li0.06NbO3-0.05Ba0.95Sr0.05TiO3无铅压电陶瓷,研究了烧结温度和掺杂剂对其微结构及压电铁电性能的影响,对可能的机理进行了探讨.扫描电镜(SEM)分析表明,适当的烧结温度有利于陶瓷压电铁电性能的提高.实验结果表明,MnO2掺杂使陶瓷的压电铁电性能得到较大的提高,其中压电常数d33=135 pC/N,机电耦合系数kp=42%,剩余极化强度Pr=69.1 μC/cm2.     

Bi_2O_3掺杂0.35PNN-0.60PZT-0.05V_2O_5陶瓷的低温烧结特性研究

采用传统固相反应法制备了Bi_2O_3掺杂的0.35PNN-0.60PZT-0.05V_2O_5压电陶瓷。通过X线衍射、扫描电镜等测试手段对其烧结特性、晶体结构、微观形貌和介电性能进行研究。结果表明,Bi_2O_3掺杂能降低0.35PNN-0.60PZT-0.05V_2O_5陶瓷的烧结温度,影响相结构,改变微观形貌,并优化电学性能。当Bi_2O_3的质量分数为1.0%时,0.35PNN-(0.60-w%)PZT+0.05V_2O_5+w%Bi_2O_3实现900℃烧结,表现出优异的电学性能:压电常数d33=580pC/N,机电耦合系数kp=0.65,介电常数εr=6 100,介电损耗tanδ=0.006 1,品质因数Qm=65。     

NBT-Ba(NbO3)2无铅压电陶瓷的压电介电性能

采用传统陶瓷制备方法,制备了一种新的(Na1/2Bi1/2)TiO3基无铅压电陶瓷(1-x)(Na1/2Bi1/2)TiO3-xBa(NbO3)2(摩尔分数x=0~1.4%)。X-射线衍射分析表明,所研究的组成均能够形成纯钙钛矿(ABO3)型固溶体。SEM观察结果表明,掺入Ba(NbO3)2促进了长条状晶粒的析出。不同频率下陶瓷材料的介电常数-温度曲线显示该体系材料具有明显的弛豫铁电体特征,且随着Ba(NbO3)2的增加,其弛豫性特征愈明显。检测了不同组成陶瓷的压电性能,发现材料的压电常数d33和平面机电耦合系数kp随着x值的增加先增加后降低,在x=0.6%时,陶瓷的d33=94 pC/N,kp=0.171,为所研究组成中的最大值,介电损耗tanδ则随x值的增加而增加。     

PNW对PMS-PZT压电陶瓷结构和性能的影响

采用传统陶瓷工艺制备了PNW-PMS-PZT四元系压电陶瓷,分析了陶瓷样品的相结构组成,结果表明所有陶瓷样品的相结构为纯钙钛矿相结构;随着PNW含量的增加,陶瓷晶粒逐渐长大;研究了室温下PNW含量对介电性能和压电性能的影响,实验表明,随着PNW含量的增加,介电常数rε、机电耦合系数kp和压电常数d33先增加,PNW含量为0.02 mol时分别达到最大值,然后降低;随着PNW含量的增加,介电损耗tanδ一直增加,机械品质因数Qm和居里温度TC始终降低。PNW含量为0.02 mol的压电陶瓷适合制作大功率压电陶瓷变压器。其性能为:rε=2 138,tanδ=0.005 8,kp=0.61,Qm=1 275,d33=380 pC/N和TC=205℃。     

B位取代CaBi2Nb2O9陶瓷微观结构与电学性能对比研究

CaBi_2Nb_2O_9(CBN)陶瓷居里温度高达940℃,为高温压电应用提供了必要条件。可能起施主作用的Cr,Mo,W,Sb掺杂离子被引入到CaBi_2Nb_2O_9(CBN)陶瓷的晶格中。对掺杂陶瓷的微观结构和电学性质进行了对比研究。SEM图像表明,掺杂的CBN基陶瓷,特别是CBN-W陶瓷的晶粒尺寸,均小于纯CBN陶瓷。W掺杂CBN陶瓷晶胞参数和电学性质结果表明,陶瓷中的W元素应为施主掺杂离子W~(6+)。Sb掺杂CBN陶瓷的晶胞体积和电学性质表明,Sb元素在CBN陶瓷中为+5价。+5价Cr,Mo元素存在于陶瓷中,无法形成+6价的原因可能是由于+6价离子半径较小,易产生晶格失配。W掺杂CBN陶瓷在所有组分中具有最高的d_(33)值,约13 pC/N时。Cr,Mo,Sb掺杂陶瓷也相对CBN基陶瓷具有更高的压电活性。此外,所有掺杂CBN陶瓷均具有良好的热稳定性、较高的居里温度和较低的介电损耗,表明Cr,Mo,W,Sb离子是可改善CBN基陶瓷性能的有效掺杂离子。     

KNNS-BNKZ无铅压电陶瓷的制备及其电性能研究

采用传统固相法中的直接合成法和两步合成法制备了0.96(K_0.48Na_0.52)(Nb_1-x_Sb_x)O_3-0.04(Na_0.82K_0.18)_0.5Bi_0.5ZrO_3(KNNS-BNKZ)无铅压电陶瓷,研究了(Bi,Na,K)ZrO_3添加方式,以及Sb摩尔分数对KNNSBNKZ材料显微组织结构和电性能的影响规律。结果表明,采用直接合成法得到的KNNS-BNKZ陶瓷在室温下为四方相,而采用两步合成法得到的陶瓷在室温下为正交-四方两相共存,且随着Sb摩尔分数的增加,陶瓷材料的密度增大,室温下的相对介电常数增大,压电常数增大,居里温度降低。采用两步合成法制备的Sb摩尔分数为0.06的KNNS-BNKZ陶瓷具有最佳电性能:室温下,相对介电常数εr=1 659,介电损耗tanδ=0.038,居里温度T_C=243℃,压电常数d_33=138pC/N。     

Nb、Ta掺杂Na_(0.5)Bi_(4.5)Ti_4O_(15)铋层状陶瓷的性能研究

采用固相烧结法制备了Na0.5Bi4.5Ti4-2xNbxTaxO15(NBTNT-x,0≤x≤0.06)铋层状压电陶瓷材料,研究了不同量Nb、Ta掺入对Na0.5Bi4.5Ti4O15陶瓷结构和电性能的影响。结果表明,所有样品均为单一的铋层状结构。适量Nb,Ta掺入能细化陶瓷晶粒,提高其致密性,降低电导率σ和介电损耗tanδ;同时,居里温度TC随Nb、Ta掺入量的增加而降低,但均高于610℃;当x=0.02时,陶瓷样品电性能最佳,即压电常数d33=17pC/N,机电耦合常数kp=4.19%,kt=18.10%,品质因数Qm=3 527,剩余极化强度Pr=10.50μC/cm2。     

低温共烧PSN-PZT压电陶瓷的研究

以固态氧化物为原料,采用一次合成工艺制备PSN-PZT压电陶瓷,并研究PSN含量、B位离子Nb缺位量、ZrO2的减少量、微量添加元素、烧结工艺参数对陶瓷压电性能的影响。结果表明:PSN的加入使PZT的准同型相界点向富钛方向移动,当PSN的摩尔分数为3%,材料的最佳锆钛比r(Zr/Ti)=1.04。B位离子Nb的缺位可大幅度降低材料的烧结温度,在Nb缺位量为10%时,可使材料的烧结温度降低到(1 110±20)℃,同时保持优异的压电性能:居里温度TC=339℃,压电常数d33=427 pC/N,介电常数3εT3/0ε=1 750,机电耦合系数kp=0.72,介电损耗tanδ=0.014。     

压电马达用压电陶瓷的研究

采用传统的电子陶瓷工艺制备了高性能四元系压电陶瓷 (PZN- PMS- PZT- r Mn O2 )。考察了不同剂量的锰掺杂对压电陶瓷的介电性能和压电性能的影响 ,即室温介电常数 ε、介电损耗 tanδ、居里温度 Tc、机电耦合系数 kp、压电常数 d33和机械品质因数 Qm。随着 Mn含量的增加 ,ε和 tanδ均减小 ;由于内偏置场的影响 ,居里温度 Tc随锰含量的增加而增加。kp 和 d33随 Mn含量的增加而减小 ;而 Qm 表现出较复杂的变化规律 ,随 Mn含量的增加 Qm先增加 ,当 r=0 .2 %时 ,达到最大值 10 0 0 ,当 r>0 .2 %时 ,Qm 下降。实验结果表明 :当 r=0 .2 %的锰掺杂压电陶瓷比较适合制作压电马达 ,其压电性能为 ε=12 0 0、tanδ=0 .0 0 4、Tc=349°C、kp=0 .6 0、d33=380 p C/ N和 Qm=10 0 0     

CuO/CeO_2共掺杂Ba_(0.85)Ca_(0.15)Zr_(0.1)Ti_(0.9)O_3无铅压电陶瓷性能研究

采用固相反应法制备了CuO、CeO2共掺杂Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3(BCZT)无铅压电陶瓷,研究了CuO的掺杂量对所制陶瓷晶体结构、压电及介电性能的影响。结果表明:CuO的加入,进一步降低了预先经0.05%(质量分数)CeO2掺杂的BCZT陶瓷的烧结温度;在1 250℃烧结时,仍可获得纯钙钛矿结构的BCZT陶瓷。当CuO掺杂量为质量分数0.2%时,所制BCZT陶瓷具有最佳的压电性能:d33=370 pC/N,tC约为93℃,tanδ=0.0147。