钙钛矿结构织构化无铅压电陶瓷的研究

综述了反应模板晶粒生长(RTGG)技术和模板晶粒生长(TGG)技术在钙钛矿结构织构陶瓷中的应用,探讨了利用TGG技术制备具有001取向织构陶瓷的生长机制,并对模板和基料的选择进行了说明:1)模板应选择与基料具有相同晶体结构且晶格失配小于15%的非等轴化学性能随温度变化稳定的片状单晶体;2)从动力学角度分析了TGG过程,基料颗粒越细小,模板形核和取向晶粒生长的驱动力越大。评述了3种具有钙钛矿结构无铅压电织构陶瓷体系(铌酸钾钠基、钛酸钡基、钛酸铋钾钠基)的织构化研究现状和织构陶瓷特点,特别是压电性能改善的途径,并展望了3类具有钙钛矿结构无铅压电陶瓷织构化的发展方向及前景。     

织构化无铅压电陶瓷体系及制备工艺研究进展

随着环境友好型材料的提出和可持续发展的要求,各个领域对于无铅压电材料的需求越来越大,高性能无铅压电陶瓷的研究与开发成为国内外压电材料研究的热点。研究表明,在某一极化方向拥有高度晶粒取向(高织构度)的压电陶瓷表现出的压电性能大幅优于非织构化陶瓷,如何将无规则排列的陶瓷晶粒定向排列形成织构陶瓷,是近些年的研究热点与难点。该综述主要介绍了目前研究广泛的几种主要的无铅压电陶瓷体系:铌酸钠钾(KNN)基陶瓷、钛酸钡(BT)基陶瓷、钛酸铋钠(BNT)基陶瓷、铋层状陶瓷以及钨青铜结构陶瓷,并综述了无铅压电陶瓷的主要制备技术,着重介绍了晶粒定向技术的相关进展:热处理技术、定向凝固技术、磁场定向技术、模板晶粒生长(TGG)技术、反应模板晶粒生长(RTGG)技术以及多层晶粒生长(MLGG)技术。同时,综述了多种织构化成型工艺:干压成型、丝网成型、轧膜成型、挤出成型、热锻成型以及流延成型。     

Bi0.5Na0.5TiO3基无铅压电陶瓷的研究进展

随着经济的发展和人们环保意识的增强,无铅压电陶瓷的研究和开发越来越引起人们的重视.由于钛酸铋钠(Bi0.5Na0.5TiO3,简称为BNT)基无铅压电陶瓷具有良好的铁电性和高的剩余极化引起了广大学者的关注.本文分析了BNT基无铅压电陶瓷的研究进展,其中晶粒取向生长技术是提高其压电性能的一个重要途径.本文还介绍了一种溶剂热法制备织构化BNT基无铅压电陶瓷的方法.     

模板晶粒生长技术制备织构化SrBi2Nb2O9陶瓷

以熔盐法合成各向异性的片状单相SrBi2Nb2O9(SBN)陶瓷粉体作为模板,采用模板晶粒生长(templated grain growth,TGG)技术制得织构化SBN陶瓷.研究结果表明:随着烧结温度的升高和模板数量的增加,其晶粒取向率升高.当模板数量(质量分数)为20%时,在1 300 ℃烧结3 h可获得晶粒取向率为0.86的织构化SBN陶瓷.同时,TGG技术制得的织构化SBN陶瓷的相对体积密度在烧结温度低于1 300 ℃时,随烧结温度的升高而升高;在1 300 ℃时为91.22%;在高于1 300 ℃时开始下降.     

织构型钙钛矿铁电材料的研究进展

简要介绍了压电铁电材料的种类及发展历程,重点比较了压电陶瓷和压电单晶在性能和制备中的差异,提出了制备织构型压电陶瓷的必要性.以钙钛矿型PMN-PT压电陶瓷为例,提出了产生织构结构的简便有效的方法-模板晶粒生长法(TGG法);同时具体分析了制备PMN-PT粉体、模板粒子的常用方法以及使模板产生定排列的方法.论述了目前已经取得的一些成果,提出了该体系织构材料今后的发展方向和应用前景.     

晶粒定向技术制备无铅压电陶瓷的研究现状与进展

压电陶瓷晶粒定向技术是一种结构改性,它是利用压电材料性能各向异性的特点,将无规则取向的陶瓷晶粒定向排列。其特点是能够在不改变材料居里温度的前提下大幅度提高陶瓷的压电性能,常见的有热处理技术、模板晶粒生长技术、多层晶粒生长技术和定向凝固法等。本文主要介绍了热处理技术和模板晶粒生长技术并综述了晶粒定向技术对常见的几类无铅压电陶瓷结构和性能的影响。     

Bi0.5Na0.5TiO3基无铅压电陶瓷设计与制备研究的新进展

综述了Bi0.5Na0.5TiO3(BNW)基无铅压电陶瓷体系研究的最新进展,介绍了BNT基无铅压电陶瓷的设计方法及其制备技术.用自洽场离散变分法(self-consult charge-discrete variation-Xa,SCC-DV-Xa)等计算方法可为设计新型BNT基陶瓷提供重要的理论指导.用湿化学法,包括:溶胶-凝胶法、柠檬酸盐法、水热法等,可以合成BNT基纳米粉体,该类方法制备的BNT基粉体具有良好烧结活性,利于致密化烧结,使材料电性能得到改善.用模板晶粒生长技术可获得晶粒生长定向程度很高的BNT基压电陶瓷材料,进而提高材料在特定方向的压电性能.     

织构化（Na_（1/2）Bi_（1/2））TiO_3-BaTiO_3无铅压电陶瓷晶粒定向生长机制

以熔盐法合成的片状SrTiO3晶粒为模板,利用模板晶粒生长（TGG）技术制备晶粒沿[001]方向为取向的0.94（Na1/2Bi1/2）TiO3-0.06BaTiO3（简写为BNBT6）无铅压电陶瓷,采用X线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）对陶瓷试样进行表征,采用透射电子显微镜（TEM）观察SrTiO3与BNBT6基体界面的微观结构.结果表明,BNBT6陶瓷晶粒定向生长过程分为2个阶段：首先是异质外延生长阶段,即在片状模板晶粒的诱导下,BNBT6基体粉体在SrTiO3模板晶粒表面外延生长,形成与模板取向完全一致的单晶生长层的过程;其次是同质外延生长阶段,即单晶生长层生成后吞噬BNBT6基体粉体逐步生长得到各向异性的高取向BNBT6陶瓷的过程.     

铌酸钾钠无铅压电陶瓷水系流延浆料的工艺研究

模版晶粒生长技术制备织构化铌酸钾钠无铅压电陶瓷是提高其压电性能的重要途径,为了获得较高的织构度,水系流延浆料的制备是关键技术.本研究以固相法合成的铌酸钾钠粉体和片状Nb2O5模板晶粒为固含量,以去离子水为溶剂,研究不同含量的分散剂、粘结剂和增塑剂对流延浆料性能的影响.研究结果表明,当粉体固含量为55wt％,分散剂PVP含量为5.5wt％,粘结剂苯丙乳液含量13.5wt％,增塑剂丙三醇含量为5.5wt％时,制备的流延浆料粘度适中,流延后可制得表面光滑、质地均匀、塑性较好、可任意卷曲的流延膜片.     

无铅压电陶瓷的研究与应用进展

本文综述了无铅压电陶瓷研究开发的相关进展,着重介绍了钙钛矿结构无铅压电陶瓷(包括BaTiO3(BT)基无铅压电陶瓷、Bi1/2Na1/2TiO3 (BNT)基无铅压电陶瓷、碱金属铌酸盐K1/2Na1/2NbO3(KNN)基无铅压电陶瓷)、钨青铜结构无铅压电陶瓷及铋层状结构无铅压电陶瓷等不同陶瓷种类的相关体系、制备方法及压电铁电性能,并根据相关性能参数分析了无铅压电器件的应用领域,最后对其发展前景进行了展望.     

无铅压电陶瓷的最新研究进展

介绍了铋层状结构无铅压电陶瓷、钨青铜结构无铅压电陶瓷、钙钛矿结构无铅压电陶瓷(包括钛酸铋钠Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3(BNT)基、碱金属铌酸盐K_(0.5)NaO_5NbO_3(KNN)基、钛酸钡BaTiO_3(BT)基压电陶瓷)等不同陶瓷体系的制备方法、压电性能、应用领域及最新进展。最后就无铅压电陶瓷今后的研究提出了几点建议。     

Na0.5Bi0.5TiO3基无铅压电陶瓷研究与应用的新进展

综述了钙钛矿结构的Na0.5Bi0.5TiO3(简称BNT)基无铅压电陶瓷的研究现状,并与其它无铅基压电陶瓷进行了对比.列举了近年来BNT 基压电陶瓷的新发展和热门体系,结合笔者承担的相关研究工作内容,总结和指出了BNT基无铅压电陶瓷新的研究思路和相关方向.     

织构化高性能无铅压电陶瓷的研究新进展

织构化工艺由于实现了陶瓷的定向生长并能显著改善陶瓷的电学性能,在制备电子材料时受到了越来越多的关注。本文介绍了织构化工艺的原理和特点,以及织构化工艺在K_(0.5)Na_(0.5)NoO_3、Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3、BaTiO_3等体系无铅压电陶瓷中的研究进展,并讨论了织构化工艺对陶瓷结构和性能的影响。     

钙钛矿结构无铅压电陶瓷的研究进展

无铅压电陶瓷的开发与应用是当今压电陶瓷发展的必然趋势,本文综合分析了无铅压电陶瓷的研究背景,给出了钙钛矿型无铅压电陶瓷的主要体系,包括钛酸钡基无铅压电陶瓷、BNT基无铅压电陶瓷,分析比较了其性能及研究现状。     

(1-x)KNNS―xBFANZ无铅压电陶瓷的 结构与性能的研究

铌酸钾钠基压电陶瓷因其具有优异的电学性能而被广大科研人员青睐，被认为是最有希望取代铅基陶瓷的无铅压电陶瓷之一。本文系统研究了Bi0.44Fe0.06Ag0.03Na0.47ZrO3对K0.48Na0.52Nb0.96Sb0.04O3陶瓷相结构、微观结构及电学性能的影响规律。研究表明：所有的陶瓷样品均为钙钛矿结构，且陶瓷处于菱方相和四方相两相共存状态；晶粒尺寸随掺杂组分含量的增加先增加后减少。通过优化相结构和微观结构，陶瓷获得了最优的电学性能：d33 = 322pC/N、kp = 41.34%、ɛr = 2441、tanδ = 0.036、 = 400 pm/V、Pr = 15.94 μC/cm2。     

锆钛酸钡钙((Ba,Ca)(Zr,Ti)O_3)基无铅压电陶瓷研究的新进展

BCZT基无铅压电陶瓷具有优良的压电性能,是国内外无铅压电陶瓷领域研究的新热点,本文主要介绍了近年来国内外在锆钛酸钡基钙钛矿型无铅压电陶瓷体系中所开展的研究工作。着重讨论BCZT基无铅压电陶瓷的组分及其掺杂特性的影响、并总结国内外就改善BCZT陶瓷缺点(烧结困难、距离温度低、温度稳定性差)方面所取得的进展。通过上述的研究发现结合掺杂及组分设计,在不牺牲优秀压电性能的前提下,获得良好的温度稳定性,使BCZT陶瓷在未来取代铅基陶瓷成为可能。     

铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的研究现状和发展水平

为了保护环境、实现绿色发展,压电陶瓷的无铅化是未来发展的主要目标。铌酸钾钠基无铅压电陶瓷(KNN)因为具有较高的居里温度和较好的机械品质因数,被认为是最有可能取代锆钛酸铅的材料之一。综述了KNN的烧成工艺、KNN的研究现状和发展水平、KNN的实际应用以及KNN基无铅压电陶瓷的研究现存问题,最后对KNN的发展趋势简单进行了总结。     

铒掺杂对SrCaBi_(4-x)Er_xTi_5O_(18)压电陶瓷结构与电性能的影响

钛酸铋钙SrCaBi_(4-x)Er_xTi_5O_(18)(简称CBT)基无铅压电陶瓷是近年来研究最广、最具吸引力的钙钛矿结构的无铅压电陶瓷体系之一。但由于CBT具有较高的矫顽场和电导率,因而很难极化。因此,单纯的CBT陶瓷难以实用化。近年来,人们对CBT基压电陶瓷进行了大量的改性研究。笔者将介绍通过固相烧结法制备SrCaBi_(4-x)Er_xTi_5O_(18),并利用D8 Advance X射线衍射分析仪和JSM6380LV型扫描电镜分析、观测陶瓷样品的物象结构及表面微观结构,利用介电、铁电测量方法对所制备的压电陶瓷的电学性能进行了初步的研究。研究结果表明,随着铒含量的增加,其晶粒尺寸变小,介电常数也变小。由介电温谱可知,该陶瓷体系的居里温度在320℃左右,呈现弥散性相变的特征。     

W、Zr共同掺杂对铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的影响

采用传统固相烧结法制备了0.94(Na0.535K0.48)Nb1–x(W0.5Zr0.5)xO3–0.06Li Sb O3(x=0,0.01,0.02,0.03,0.04)无铅压电陶瓷,其中,钨和锆以摩尔比为0.5:0.5组成掺杂共同体取代Nb,改变(W0.5Zr0.5)掺杂量x,观察钙钛矿结构B位异价元素的掺杂对铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的影响。结果表明:陶瓷的晶体结构随着x的增加由四方相转变为正交相,晶格间距减小。掺杂量x=1%时,陶瓷的综合性能良好,压电常数为203 p C/N,机电耦合系数为0.309,相对介电常数为813,Curie温度为350℃,烧结性能也得到了提高。     

无铅压电陶瓷的研究与展望

综述了无铅压电陶瓷研究开发的相关进展,着重介绍了BaTiO3基无铅压电陶瓷、Bi1/2Na1/2TiO3(BNT)基无铅压电陶瓷、NaNbO3基无铅压电陶瓷、铋层状结构无铅压电陶瓷及钨青铜结构无铅压电陶瓷等不同陶瓷种类的相关体系、制备方法及压电铁电性能,并对其应用及发展前景进行了展望。