Nb2O5掺杂高温无铅(Ba,Bi,Na)TiO3基PTCR陶瓷结构与电性能研究

采用固相反应法制备了施主掺杂浓度不同的Nb₂O₅（分别为0.1mol%、 0.3mol%、 0.5mol%、 0.7mol%）掺杂(Ba, Bi,Na)TiO₃基PTCR陶瓷. 对其微观结构及电性能进行研究发现：随着Nb₂O₅掺杂浓度的增加,陶瓷晶粒尺寸先变大后变小,室温电阻率也随之先减小后增大,说明Nb₂O₅的掺杂量存在一个临界施主掺杂浓度. 当Nb₂O₅施主掺杂量为临界施主掺杂浓度0.5mol%时,获得了居里温度T_c为 183℃、室温电阻率ρ为1.06×10³Ω·cm、升阻比ρ_max/ρ_min为1.0×10⁴的高温无铅PTCR陶瓷. 通过交流复阻抗谱分析,探讨了Nb₂O₅施主掺杂在该PTCR陶瓷中的作用机理.     

Sm2O3掺杂BaTiO3陶瓷的结构与电性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了掺杂不同浓度Sm₂O₃(分别为0.001,0.002,0.003,0.005,0.007mol)的BaTiO₃陶瓷,并对其结构与电性能进行了研究.结果表明:Sm₂O₃掺杂BaTiO₃陶瓷的晶型在室温下为四方相,而且随着Sm₂O₃掺杂浓度的增加,BaTiO₃陶瓷的晶粒尺寸变小,说明Sm₂O₃掺杂对BaTiO₃陶瓷晶粒的生长有一定的抑制作用;Sm₂O₃掺杂BaTiO₃陶瓷的电阻率比纯BaTiO₃陶瓷明显下降,当添加量为0.001mol时,电阻率最小,.从4.3×109Ω·m下降为6.536×103Ω·m;Sm₂O₃掺杂BaTiO₃陶瓷的晶粒电阻随着温度的变化,呈现NTC效应,而晶界电阻随着温度的变化,呈现PTC效应,且晶界电阻远远大于晶粒电阻,说明该材料的PTC效应是由晶界效应引起的.     

无铅压电陶瓷K0.5Na0.5NbO3-BiFeO3的烧结工艺与压电性能研究

采用传统常压固相烧结工艺制备了掺杂0.8at%BiFeO₃(BF)的K_0.5Na_0.5NbO₃(KNN) 无铅压电陶瓷,着重研究了烧结温度与保温时间对陶瓷的晶体结构、相转变、致密度与压电、介电性能的影响. 研究结果表明, 所有陶瓷样品都为单一的钙钛矿结构, 烧结温度与保温时间对陶瓷样品的室温晶体结构与相转变温度几乎没有影响, 但对陶瓷的表面形貌、密度和压电性能有较大的影响. 当保温时间为3h,在1100℃至1150℃范围内, 随烧结温度的升高,陶瓷的压电常数d33、平面机电耦合系数Kp及机械品质因数Qm均一直升高, 介电损耗tanδ则显著降低. 当烧结温度为1150℃时, 随保温时间的增加, 陶瓷的压电性能先显著提高后基本保持不变. 1150℃保温2h烧结的陶瓷获得良好的性能：密度ρ=4.50g/cm³（致密度为95.63%）, d₃₃=132pC/N, K_p=45%, Q_m=333.73, tanδ=2.39%.     

Nb掺杂Bi4Ti3O12层状结构铁电陶瓷的电行为特性研究

采用固相烧结工艺制备了Nb⁵⁺掺杂的Bi₄Ti₃O₁₂层状结构铁电陶瓷.运用XRD 和AFM对Bi₄Ti_3-xNb_xO_12+x/2材料的微观结构进行表征,发现所制备的陶瓷均具有单一的正交相结构,抛光热腐蚀表面晶粒的显微形貌表现为随机排列的棒状结构.通过对材料直流电导率与温度关系的Arrhenius拟合,分析丁Bi₄Ti_3-xNb_xO_12+x/2的导电机理. Nb⁵⁺掺杂提高了材料的介电常数,但居里温度随掺杂含量的增加呈线性下降趋势.DSC结果显示Bi₄Ti_3-xNb_xO_12+x/2材料在居里温度处经历了一级铁电相变.样品的铁电性能测试结果表明, Nb⁵⁺掺杂Bi₄Ti₃O₁₂提高了材料的剩余极化Pr,这主要是由于^_Nb5+取代Ti⁴⁺大大降低了材料中氧空位的浓度,使得氧空位对畴的钉扎作用减弱的缘故.     

高容量SiO2掺杂的（Ba,Pb）TiO3基高居里温度PTCR陶瓷

在制备高质量的（Ｂａ，Ｐｂ）ＴｉＯ＿３基高居里温度ＰＴＣＲ陶瓷时，一般采用铅气氛烧结方法。但是，这种烧结工艺制成的产品的相对成本是高的。作者的实验表明，高容量ＳｉＯ＿２掺杂烧结方法也可以用于制备高质量的（Ｂａ，Ｐｂ）ＴｉＯ＿３基高居里温度ＰＴＣＲ陶瓷。本文主要报道高容量ＳｉＯ＿２对（Ｂａ，Ｐｂ）ＴｉＯ＿３基高居里温度ＰＴＣＲ陶瓷烧结工艺和电特性的影响。     

B2O3蒸汽掺杂的中低温烧结Y-BaTiO3及其PTCR特性研究

通过B₂O₃蒸汽掺杂,Y-BaTiO₃陶瓷的烧结温度大幅度降低。B₂O₃蒸汽掺杂后的样品,室温电阻率下降,升阻比提高,通过对氧化硼蒸汽掺杂样品的XRD分析研究表明,硼间隙可以在钛酸钡晶格中存在,硼间隙和/或相关缺陷络合物可以形成电子捕获中心,从而提高PTCR效应。     

Ca0.3(Li1/2Sm1/2)0.7TiO3微波介质陶瓷的低温烧结研究

采用传统陶瓷制备工艺, 制备了掺杂Na₂O-CaO-B₂O₃(NCB)氧化物的Ca_0.3(Li_1/2Sm_1/2)_0.7TiO₃(CLST)陶瓷, 研究了NCB掺杂量与晶相组成、显微结构、烧结性能及微波介电性能的关系. 研究结果表明: 复合氧化物NCB掺杂量在1wt%～15wt%范围内没有杂相生成, 晶相仍呈斜方钙钛矿结构. 随着NCB添加量的增加, 陶瓷致密化温度和饱和体积密度降低, 介电常数ε_r、无载品质因数与谐振频率乘积Qf值也呈下降趋势, 频率温度系数τ_f向正方向增大. NCB氧化物掺杂能有效地将CLST陶瓷的烧结温度由1300℃降低至900℃. 添加12.5wt% NCB的CLST陶瓷在低温900℃烧结5h仍具有良好的微波介电性能: ε_r=73.7, Qf=1583GHz, τ_f=140.1×10-6/℃, 满足高介多层微波器件的设计要求.     

(Na1/2Bi1/2)TiO3(NBT)无铅压电陶瓷的研究进展

对(Na1/2Bi1/2)TiO3基无铅压电陶瓷的研究现状进行了综述.着重概括了通过元素替代/掺杂手段对NBT陶瓷性能的影响规律.该系统陶瓷具有的强铁电性质与Bi3 密切相关;材料压电性能可通过改性技术进行调节:如通过加入第二组元化合物降低其矫顽场而提高NBT基陶瓷压电性能.总结了(Na1/2Bi1/2)TiO3基无铅压电陶瓷组成的研究思路和方向.     

BaTiO3基PTCR陶瓷的复阻抗谱研究

采用复阻抗方法,系统地研究了ＢａＴｉＯ_３基ＰＴＣＲ陶瓷的电性能．通过Ｃｏｌｅ－Ｃｏｌｅ图,计算了样品的晶粒、晶界电阻值和弛豫时间常数,同时利用Ｈｅｙｗａｎｇ模型估算了势垒高度．Ｃｏｌｅ－Ｃｏｌｅ图分析表明,随着测试温度的提高,Ｃｏｌｅ－Ｃｏｌｅ圆将从单半圆向双扭线过渡,表明在居里温度附近,由于热激活出现了不同的缺陷类型．实验结果表明了ＰＴＣ效应是一种晶界效应,晶粒电阻随温度的变化呈ＮＴＣ特性,而晶界电阻却呈明显的ＰＴＣ特性．Ｈｅｙｗａｎｇ模型作为经典的理论模型,经过不断的完善,至今仍能对陶瓷材料ＰＴＣ现象的宏观机制做出明确的解析。     

Al2O3含量对Al2O3/LiTaO3复合陶瓷介电性能的影响

采用热压烧结法制备了Al₂O₃/LiTaO₃ (ALT) 陶瓷复合材料, 研究了Al₂O₃不同体积含量(5vol%、10vol%、15vol%和20vol%)对LiTaO3压电陶瓷介电性能的影响. 结果表明：随着频率的增加, 不同Al₂O₃含量的ALT陶瓷复合材料的介电常数和介电损耗均降低, 但降低的幅度不同. 少量Al₂O₃(5vol%)的添加既能增大材料的介电常数同时又降低了材料的介电损耗, 但是随着Al₂O₃含量的继续增加, ALT陶瓷复合材料的介电常数和介电损耗都增大, 其居里温度先升高后降低. Al₂O₃作为第二相不但能促进LiTaO3陶瓷烧结致密,而且对ALT陶瓷复合材料的介电性能也有提高.     

无铅压电陶瓷Bi0.5(Na0.90-xKxLi0.10)0.5TiO3-KNbO3的微结构与电学性能

采用传统陶瓷工艺制备了Bi0.5(Na0.90-xKxLi0.10)0.5TiO3-KNbO3无铅压电陶瓷,利用XRD,SEM 等测试技术分析表征了陶瓷的结构、表面形貌、介电、压电与铁电性能.结果表明:该体系陶瓷具有单相钙钛矿结构,KNbO3的引入使体系的居里温度和铁电-反铁电相变温度降低;随着钾含量的增加,KNbO3对体系性能的影响越明显.在室温下,该体系表现出良好的压电与铁电性能:压电常数d33和机电耦合系数kp分别达到195pC/N和31.9%,陶瓷样品表现出明显的铁电体特征,剩余极化强度Pr达到34.8μC/cm2,矫顽场强Ec为3.2kV/mm.     

溶胶-凝胶法制备Na0.5Bi0.5TiO3基无铅压电陶瓷的研究进展

钛酸铋钠(Na0.5Bi0.5TiO3,简写为NBT)基无铅压电陶瓷由于具有良好的压电性、高居里温度和烧结过程中无毒、易控制性等优点而备受关注.综述了溶胶-凝胶法制备Na0.5Bi0.5TiO3粉体及制备出的陶瓷的结构和性能特点.总结了用溶胶-凝胶法制备压电和介电性能显著提高的钛酸铋钠基无铅压电陶瓷的研究进展.研究表明,溶胶-凝胶法在制备压电陶瓷方面具有均匀性好、纯度高,烧结温度低等优点.展望了该工艺的发展方向.     

(Bi0.5Na0.5)TiO3(BNT)基无铅压电陶瓷研究进展

(Bi0.5Na0.5)TiO3(BNT)基无铅压电陶瓷体系是目前研究最广泛的功能陶瓷材料之一.综述了BNT基无铅压电陶瓷的研究现状,讨论了相关体系的设计方法、铁电性、压电性以及BNT体系的制备方法.分析比较了BNT系压电陶瓷与Pb(Zr,Ti)O3(PZT)压电陶瓷的性能差异以及存在的问题,对BNT基无铅压电陶瓷进行了展望.     

柠檬酸盐法制备(Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06TiO3无铅压电陶瓷的研究

用柠檬酸盐法制备了(Bi0．5Na0．5)0．94Ba0．06TiO3陶瓷。陶瓷的体积密度比传统固相法所得陶瓷的体积密度有所增加，可达到98％理论密度。热重-差热(TG-DTA)分析显示，BNBT6陶瓷粉体的柠檬酸盐法合成温度比传统固相合成温度低300℃左右。d33测试表明，陶瓷的d33值可达110pC／N。     

Na0.5Bi0.5TiO3基无铅陶瓷的制备及电致伸缩效应研究

目的 在Na0.5Bi0.5TiO3基陶瓷材料中诱导缺陷来提高其电致伸缩性能,在室温下获得性能优异的电致伸缩材料,该材料可用于包装机械物料供给微振动器的研发。方法 利用传统固相合成法制备0.7(Bi0.5Na0.5)Ti0.9Mn0.1O3?0.3Sr(1?3x/2)Bix□x/2TiO3（NBT?SBxT?Mn）陶瓷。通过掺杂Sr(1?3x/2)Bix□x/2TiO3,在陶瓷中形成VA?VO局部缺陷,获得具有极性纳米微区的非极性相结构。同时,通过掺杂MnO在陶瓷中形成Mn?VO缺陷偶极子,获得滞后小的电致伸缩应变。结果 所制备的样品均表现出极性纳米微区的非极性相结构和弥散度高于1.80的典型弛豫特征。随着x的增加,氧空位的含量先降低后明显增大。氧空位含量的降低表明在NBT?SBxT?Mn陶瓷中形成了Mn?VO缺陷偶极子。在VA?VO局部缺陷、Mn?VO缺陷偶极子、较高弛豫性及形成的极性纳米微区的共同作用下,组分x=0.07样品的电致伸缩系数高达0.036 m4/C2,性能优异。结论 通过在NBT基陶瓷材料中诱导缺陷能够有效改善其电致伸缩性能。     

Bi0.5Na0.5 TiO3基无铅压电陶瓷应用的研究进展

随着人们环保意识的增强,作为环境友好型的无铅压电陶瓷典型代表Bi0.5Na0.5TiO3基压电陶瓷已成为压电陶瓷领域研发的热点材料之一.结合目前有关报道,着重介绍了近年来国内外该陶瓷在相关电子器件中的应用,并展望了BNT基无铅压电陶瓷应用的发展趋势.     

(Bi0.5Na0.5)1-x(BaaSrb)x TiO3无铅压电陶瓷体系的设计、制备与性能

综合考虑(Bi0.5Na0.5) TiO3(BNT)基无铅压电陶瓷的A-位、B-位原子的原子量差、离子半径差和电负性差,提出了一种BNT基无铅压电陶瓷的设计方法.依据BNT基无铅压电陶瓷所报道的相关数据,定义了ABO3型压电陶瓷的综合因子F(w)为 F(w)= M+R+100X,式中,M为A-位和B-位离子的质量差,R为A-位和B-位离子的离子半径差,X为A-位和B-位离子的电负性差.研究发现,F(w)与BNT基无铅压电陶瓷的压电耦合系数k33和kp, 以及压电常数d33有非常紧密的关系.根据该方法设计了(Bi0.5Na0.5)1-x(BaaSrb)xTiO3无铅压电陶瓷新体系,并申报了国家发明专利.研究结果表明,该体系压电陶瓷具有很好的工艺特性和压电响应,高的压电常数,其机电耦合系数kp为0.311,压电常数d33高达146pC/N,居里温度Tc为310℃,是一种很有实际应用前景的新型压电陶瓷材料体系.     

Na0．5Bi0．5TiO3-K0．5Bi0．5TiO3无陶瓷的制备与性能铅压电

采用传统的干压成型法制备了Na0．5Bi0．5TiO3-K0．5Bi0．5TiO3无铅压电陶瓷，研究了不同K0.5Bi0.5TiO3含量对Na0．5Bi0．5TiO3-K0．5Bi0．5TiO3陶瓷的微观结构与电性能的影响规律。结果表明，Na0．5Bi0．5TiO3-K0．5Bi0．5TiO3无铅压电陶瓷随K0.5Bi0.5TiO3含量增加，晶格常数增大，密度减小，晶粒尺寸减小，压电常数先增大后减小，介电常数增大，介电损耗增加，机械品质因数下降，而居里温度不断升高，在200℃附近存在由铁电相向反铁电相转变的一个相变点，组分为0．84 Na0．5Bi0．5TiO3-K0．5Bi0．5TiO3的陶瓷位于准同型相界附近，具有最佳的压电性能。     

正交试验辅助分析溶胶-凝胶法制备Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3粉体过程中的主导因素

以钛酸四丁酯、五水硝酸铋和无水乙酸钠为原料,用溶胶-凝胶法制备Bi0.5Na0.5TiO3(BNT)细粉,通过XRD和TEM表征粉体的结构和形貌。采用正交试验法,分析了反应温度、溶液pH值、加水量对最终BNT粉体粒径的影响。结果表明,各因素对粉体晶粒尺寸影响的显著性水平由大到小依次为加水量溶液pH值反应温度;反应温度为60℃、溶液pH值为4.5、加水量为7.2mL的条件下制得粉体的平均晶粒尺寸约为200～350nm。     

Na0.5Bi0.5TiO3−BaTiO3−SrTiO3陶瓷的相图及电致伸缩性能

目的 利用SrTiO3调控Na0.5Bi0.5TiO3−BaTiO3−SrTiO3(NBT−BT−ST)三元系陶瓷的相结构,在室温下获得性能优异的电致伸缩材料,该材料可用于包装机械物料供给微振动器的研发。方法 采用传统固相合成法制备(1−x)[0.94NBT−0.06BT]−xST陶瓷。在分析(1−x)[0.94NBT−0.06BT]−xST陶瓷相图的基础上,阐述不同相区应变的来源,并系统研究弛豫相区陶瓷铁电、应变和电致伸缩性能等。结果 随着ST含量的增加,(1−x)[0.94NBT−0.06BT]−xST陶瓷的相结构由三方相、四方相两相共存→四方铁电相→铁电相、弛豫相共存→弛豫相。三方、四方两相共存区陶瓷的应变主要来源于晶格变形和非180^o畴转向。铁电、弛豫两相共存区陶瓷的应变主要来源于电场引发弛豫相和铁电相的相变。弛豫相区陶瓷的应变主要来源于样品晶格本征变形产生的电致伸缩效应。在弛豫相区,随着ST含量的增大,(1−x)[0.94NBT−0.06BT]−xST陶瓷的弛豫性增强,电滞回线逐渐变瘦,应变和滞后性均出现不同程度的降低,其中,x=0.40的样品在电场强度60 kV/cm下的应变滞后性降至7.8%,表现出典型的电致伸缩特征。在较强的弛豫性和形成纳米极性微区的作用下,在组分x=0.40时陶瓷在电场强度50 kV/cm下的电致伸缩系数高达0.021 3 m⁴/C²。结论 通过ST调控NBT基陶瓷的相结构,在弛豫相区能够有效地改善其电致伸缩性能。利用该技术制备的陶瓷电致伸缩材料可为包装机械物料供给微驱动器的研发和改进提供技术支持。