BCZT无铅压电陶瓷的水热法制备及其性能

通过水热反应法低温烧结制备Ba_(0.85)Ca_(0.15)Zr_(0.1)Ti_(0.9)O_3(BCZT)无铅压电陶瓷,研究了烧结温度和时间对BCZT陶瓷的晶体结构和电学性能的影响。与固相反应法相比,由于水热法制备的BCZT前驱体的高活性,可以低温烧结制备BCZT陶瓷,低温烧结制备的BCZT陶瓷呈现纯钙钛矿结构、较为均匀的小晶粒微观形貌(小于10μm)和更高的致密度。通过水热法制备的BCZT陶瓷呈现优良的电学性能,其介电响应特征接近正常铁电体、又呈现一定的频率色散现象。1 340℃烧结18 h制备的BCZT陶瓷的剩余极化强度最大,Pr=6.84μC/cm2。1 320℃烧结18 h制备的BCZT陶瓷压电性能最佳,d33达到最大值213 p C/N。     

铋掺杂对铌酸钾钠无铅压电陶瓷结构和性能的影响

用常压烧结法制备铋掺杂铌酸钾钠无铅压电陶瓷(K0.5Na0.5)1-3xBixNbO3(KNBN)。研究不同铋掺杂量对KNN陶瓷结构、形貌、致密度及电学性能的影响。结果表明:在1 120℃烧结的含铋量为1%(摩尔分数)的陶瓷表现出最好的铁电和压电性能及较好的介电性能,即压电常数最大121pC/N,P-E回线形状达到饱和,且剩余极化为12.67μC/cm2,矫顽场Ec为13.58kV/cm,介电常数为575,损耗为5.82%(频率为1kHz)。陶瓷样品在131℃从正交结构转变到四方结构,Curie温度为400℃。     

无铅压电陶瓷铌酸钾钠的常压烧结及其电学性能

用常压烧结方法制备了Na0.5K0.5NbO3(NKN)无铅压电陶瓷.研究了烧结温度与NKN陶瓷的密度、结构以及电学性能的关系.结果表明:NKN陶瓷与KNbO3相似为正交结构,烧结温度超过1 080 ℃时,出现无压电性第二相.在很小的温度范围内(1020～1100 ℃)烧结体密度有显著不同,当烧结温度为1 080 ℃时,NKN陶瓷烧结密度达到最大值(4.22 g/cm3,相对密度为92%).经1 060℃烧结的NKN陶瓷其压电常数最高,达到122 pC/N;Curie温度为409 ℃;矫顽场为9 kV/cm;剩余极化强度为15 μC/cm2.     

(K_(0.44)Na_(0.52)Li_(0.04))(Nb_(0.86)Ta_(0.10)Sb_(0.04))O_3陶瓷的压电性能

采用传统固相法制备Li、Ta和Sb共同掺杂铌酸钾钠(KNN)的(K0.44Na0.52Li0.04)(Nb0.86Ta0.10Sb0.04)O3(KNLNTS)无铅压电陶瓷。研究不同烧结温度对该陶瓷的结构、形貌、致密度以及电学性能的影响。结果表明:不同温度下烧结的陶瓷样品均为钙钛矿相结构;在1 050~1 150℃之间烧结均可获得性能良好的陶瓷样品;1 050℃烧结的样品表现出最佳的综合电学性能,即相对介电常数和压电系数均较大,分别为1 120pC/N和193pC/N,介电损耗较小为2.55%,机械品质因子较大为85,密度较大为4.65g/cm3,且该样品具有饱和的电滞回线。随着烧结温度的升高,陶瓷样品电学性能下降和晶粒增大均与样品中存在着碱金属离子挥发有关。KNLNTS陶瓷样品的Curie温度由不掺杂的KNN陶瓷样品的420℃下降为301℃。     

部分草酸盐工艺制备Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3铁电陶瓷

通过部分草酸盐工艺制备了颗粒尺寸较小、粒度分布较均匀、团聚较少的(1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3(PMN-PT)前驱体.以活性PMN-PT前驱体为原料,通过固相反应法制备PMN-PT陶瓷.XRD测量表明,通过部分草酸盐工艺制备的PMN-PT陶瓷中含有少量的焦绿石相.随着PbTiO3 (PT)含量的增加,PMN-PT陶瓷的晶体结构从三方铁电相逐渐向四方铁电相转变.烧成的PMN-PT陶瓷具有较高的致密度.组分和烧结温度对PMN-PT陶瓷的电学性能产生影响.随着烧结温度的升高,PMN-PT陶瓷的介电常数最大值εm增大,伴随着εm对应的温度Tc/Tm的不规律变化;剩余极化强度Pr增大,矫顽场Ec减小;压电应变常量d33值增大.随着PT含量的增加,Tc/Tm增大,介电响应特征从弥散型铁电相变向正常铁电相变转变,电滞回线从狭长的回线向接近矩形的形状转变.0.68PMN-0.32PT陶瓷呈现优良的综合电学性能,1200℃烧结的陶瓷1kHz时εm为14070,Tm为148.2℃,d33值为457pC/N,Pr为14.69μC/cm2,Ec为4.72kV/cm.     

PZT压电陶瓷La掺杂改性研究

笔者采用固相法制备Pb(Zr_(0.55)Ti_(0.45))O_3陶瓷,通过变化掺杂La含量分析PZT陶瓷相组成,晶体结构及电学性能的影响。研究发现:在温度为1200℃下,烧结时间为2h下进行烧结,镧含量为5at%的PZT具有最大的密度;当压电陶瓷中镧的含量由1at%提高至7at%时,介电常数和介电损耗先是增大后降低,镧含量5at%时达到峰值。     

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。     

Na0.5K0.44Li0.06Nb0.94Sb0.06O3无铅压电陶瓷的制备与性能研究

采用传统固相烧结法制备Na0.5 K0.44 Li0.06 Nb0.94 Sb0.06 O3无铅压电陶瓷,研究了烧结温度对陶瓷样品微观结构及电学性能的影响.研究结果表明:烧结温度在1020～1100℃范围内,样品均形成了单一的正交相钙钛矿结构,烧结温度对微观形貌和电学性能有较大影响;与纯KNN陶瓷相比,陶瓷的To-t和Tc均向低温方向移动;当烧结温度为1080℃时晶粒发育比较完全,To-t和Tc分别为45℃和345℃,同时表现出优异的电学性能:d33=200 pC/N,kp=0.365,tanδ=4.67％.     

低温烧结PZT-O.5%PbO·WO3压电陶瓷

以固态氧化物为原料,采用一次合成工艺制备锆钛酸铅(lead zirconate titanate,PZT)-0.5%PbO·WO3压电陶瓷,研究摩尔比n(Zr)/n(Ti)、烧结温度对陶瓷性能的影响.结果发现:合成温度900℃保温2 h可以得到钙钛矿结构压电陶瓷.n(Zr)/n(Ti)=1.08时,烧结温度为1 100℃保温2 h,压电陶瓷的综合性能在准同型相界处达最佳:介电常数εT33/ε0=1 593,介电损耗tgδ=0.019,压电系数d33=363.5×10-6C/N,机电耦合系数Kp=0.596,机械品质因数Qm=8 8.4.     

Sr、Mn离子掺杂PMS-PZT压电陶瓷相组成与性能研究

针对聚焦超声换能器用压电陶瓷,采用传统的固相法制备Pb1.04(Mn1/3 Sb2/3)0.05 Zr0.47 Ti0.48 O3+x％SrCO3+y％MnO2(x+y=0.3)(PMS-PZT)三元系压电陶瓷.使用正交实验分析方法研究添加不同比例的Sr、Mn离子后PMS-PZT压电陶瓷电学性能的变化.讨论了在准同型相界(MPB)随着掺杂元素相对含量的改变对压电陶瓷的相对介电常数εr、机电耦合系数kp、机械品质因数Qm和压电常数d33的影响.通过研究发现:在900℃煅烧,1180℃烧结保温2 h,当x=0.15时,三方相和四方相共存且三方度最大,得到综合性能优良的压电陶瓷材料:密度 ρ=7.84 g/cm3、压电常数d33=336 pC/N、机械品质因数Qm=1889、机电耦合系数kp=0.63、相对介电常数εr=1479,采用此工艺制备的压电陶瓷完全满足高强度超声换能器用的压电材料.     

Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3陶瓷介电性能的实验研究

采用柠檬酸盐-自燃烧法制备Na0.5Bi0.5TiO3无铅压电陶瓷,系统地研究了制备工艺条件对陶瓷性能和结构的影响。柠檬酸浓度、溶液pH值、烧结温度制度对陶瓷的压电性能有很大的影响。当柠檬酸浓度C=9%,pH=8.5,烧结温度为1130℃时,陶瓷具备最大的压电常数,d33可达71.2pc/n。1130℃烧结陶瓷的XRD表明,陶瓷已形成单一钙钛矿结构的钛酸铋钠主晶相。     

铈掺杂PZN-PZT三元系压电陶瓷的烧结特性研究

采用传统的固相反应法制备了掺杂0.2 wt.%CeO₂的0.3Pb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃-0.7Pb(Zr_0.52Ti_0.48)O₃(0.3PZN-0.7PZT-0.2Ce)三元系压电陶瓷,并研究了烧结温度(1190～1260℃)对其相结构、微观形貌以及电学性能的影响。XRD和SEM分析发现:所有烧结样品均呈纯的钙钛矿相结构,随着烧结温度的升高,陶瓷样品的相结构从三方相逐渐转变为四方相,1230℃烧结得到的样品由三方相和四方相共存;当烧结温度高于1230℃过后,晶粒开始显著长大,直至液相始出现。介电温谱研究证实:随着烧结温度的升高,0.3PZN-0.7PZT-0.2Ce陶瓷的居里温度(Tc)逐渐升高而介电损耗因子(tan δ)逐渐降低,1230℃烧结得到的样品介电常数(ε_r)最大而温度系数(TK_ε)最小。压电性能以及谐振-反谐振测试表明:提高烧结温度有助于提升陶瓷的压电性能(d     

低温烧结PZT–0.5%PbO·WO_3压电陶瓷

以固态氧化物为原料,采用一次合成工艺制备锆钛酸铅(leadzirconatetitanate,PZT)–0.5%PbOWO3压电陶瓷,研究摩尔比n(Zr)/n(Ti)、烧结温度对陶瓷性能的影响。结果发现:合成温度900℃保温2h可以得到钙钛矿结构压电陶瓷。n(Zr)/n(Ti)=1.08时,烧结温度为1100℃保温2h,压电陶瓷的综合性能在准同型相界处达最佳:介电常数ε3T3/ε0=1593,介电损耗tg?=0.019,压电系数d33=363.5×10-6C/N,机电耦合系数Kp=0.596,机械品质因数Qm=88.4。     

BZT-xBCT陶瓷溶胶-凝胶方法合成、烧结及电学性能EI北大核心CSCD

采用溶胶-凝胶方法制备不同组分的(1-x)Ba(Zr_(0.2)Ti_(0.8))O_3-x(Ba_(0.7)Ca_(0.3))TiO_3(BZT-xBCT,0.3≤x≤0.7)纳米粉体并进行常压烧结,研究了BZT-xBCT粉体、陶瓷的结构及其电学性能。结果表明:溶胶-凝胶方法合成的BZT-xBCT粉体具有单一钙钛矿结构,晶粒细小均匀(约为50nm)。与常规固相反应法相比,溶胶-凝胶方法提高了BZT-xBCT粉体的烧结活性,烧结后的陶瓷致密度高(密度>5.46g/cm3),且具有优异的电学性能(BZT-0.5BCT陶瓷的压电系数d33=465pC/N、最大介电常数εmax=8450、剩余极化强度2Pr=23.40μC/cm2)。不同组分的BZT-xBCT陶瓷均表现出介电弛豫现象,随着BCT组分的增加,其Curie温度逐渐升高。     

BZT-xBCT陶瓷溶胶-凝胶方法合成、烧结及电学性能

采用溶胶-凝胶方法制备不同组分的(1-x)Ba(Zr_(0.2)Ti_(0.8))O_3-x(Ba_(0.7)Ca_(0.3))TiO_3(BZT-xBCT,0.3≤x≤0.7)纳米粉体并进行常压烧结,研究了BZT-xBCT粉体、陶瓷的结构及其电学性能。结果表明:溶胶-凝胶方法合成的BZT-xBCT粉体具有单一钙钛矿结构,晶粒细小均匀(约为50nm)。与常规固相反应法相比,溶胶-凝胶方法提高了BZT-xBCT粉体的烧结活性,烧结后的陶瓷致密度高(密度5.46g/cm3),且具有优异的电学性能(BZT-0.5BCT陶瓷的压电系数d33=465pC/N、最大介电常数εmax=8450、剩余极化强度2Pr=23.40μC/cm2)。不同组分的BZT-xBCT陶瓷均表现出介电弛豫现象,随着BCT组分的增加,其Curie温度逐渐升高。     

Er_2O_3掺杂对SrCaBi_4Ti_5O_(18)无铅压电陶瓷结构与电学性能的影响

采用传统固相合成法制备了SrCaBi_(4-x)Er_xTi_5O_(18)(SCBT-xEr,x=0.00,0.02,0.04,0.06)无铅压电陶瓷,研究了Er~(3+)掺杂量对陶瓷物相、微观结构、电学性能及高温稳定性的影响。XRD表明,Er~(3+)掺杂并没有改变SCBT-xEr陶瓷的晶体结构,所有样品均为单一的铋层状结构;通过电学性能分析,随着Er~(3+)掺杂量的增加,在室温下介电常数先增加后减小,居里温度(T_c)逐渐减小。当x=0.02,烧结温度为1180℃时,陶瓷的综合性能最佳,压电常数(d33)=23 pC/N,居里温度(T_c)=427℃;当退火温度达到300℃时,压电常数(d_(33))依旧保持在20 pC/N左右,说明材料具有较好的温度稳定性,材料可以在300℃的高温环境中应用。     

(Ba_xCa_(1-x))(Zr_(1-y)Ti_y)O_3基无铅压电陶瓷的研究进展

基于对人类生存环境的保护和发展环境友好型电子产品的要求,(Ba_xCa_(1-x))(Zr_(1-y)Ti_y)O_3(简写为BCZT)基无铅压电陶瓷由于具有超高的压电性能而成为目前世界范围内压铁电材料研究的热点之一。结合国际范围内无铅压电陶瓷的研究情况,综述了BCZT陶瓷的发展过程和现状,重点介绍了采用相结构、组分控制和改进制备工艺等优化其性能的方法,进而为设计高性能的压电陶瓷提供了一定的理论支持。     

掺杂对(Na_(1/2)K_(1/2))NbO_3-CaTiO_3无铅陶瓷烧结温度和电学性能的影响

通过传统固相反应法、利用两步合成工艺,在常压、960～1160℃烧结制备0.95(Na1/2K1/2)NbO3-0.05CaTiO3(0.95NKN-0.05CT)及WO3、CuO掺杂0.95NKN-0.05CT无铅压电陶瓷。X射线衍射分析表明:960℃和1020℃烧结制备的掺杂前后的0.95NKN-0.05CT陶瓷均为纯钙钛矿结构。随着CuO掺杂量的增加及烧结温度的升高,CuO掺杂0.95NKN-0.05CT陶瓷中出现杂相,并伴随着压电性能的下降。添加第二组元CaTiO3和氧化物掺杂可增加(Na1/2K1/2)NbO3(NKN)陶瓷的致密度,同时烧成陶瓷的介电、铁电和压电性能也有明显改善。摩尔分数分别为1%和2%CuO掺杂0.95NKN-0.05CT陶瓷的压电常数分别达到165pC/N和140pC/N。     

不同晶粒取向钛酸铋陶瓷的铁电和压电性能

用固相烧结工艺制备了不同取向率(I)的Bi4Ti3O12(BTO)多晶陶瓷样品.在相同的烧结温度(1140℃),BTO样品的I随烧结时间(2～20h)的增加出现了先升高后降低的变化趋势,最大值达89.9%.样品的铁电和压电性能均与样品的I有关,在α/(b)择优取向的BTO样品的铁电和压电性能都随样品I的升高而改善,其2倍剩余极化强度(Pr)和压电系数(d33)分别达到53.4μC/cm2和22.2pC/N;c取向样品的2Pr和d33则随着取向率的升高而降低.     

1–3型铌酸钾钠基陶瓷/环氧树脂无铅压电复合材料的超微细化制备与性能

利用放电等离子烧结高致密度的铌酸钾钠基无铅压电作为陶瓷相,通过改进后的切割-浇注法复合基体相环氧树脂,制备得到陶瓷柱宽40μm、间隙40μm、纵横比>5的超微细化结构的1-3型铌酸钾钠基陶瓷/环氧树脂无铅压电复合材料(1-3 connective lead-free piezoelectric composites,1-3CLFPC)。1-3CLFPC薄膜的电学性能显示出其作为超声换能器工作的优势:压电电压常数g33达到247×10-3 m2/C,厚度机电耦合系数kt为40.7%。超微细化结构设计也使得1-3CLFPC薄膜的工作频率提高到5 MHz以上,可满足高频医疗超声诊断领域的需求。