CeO2掺杂制备Ba0.9Ca0.1Ti1-xSnxO3压电陶瓷的结构及电性能

采用传统的陶瓷烧结技术,通过添加0.15%(摩尔分数)CeO2,在1120℃烧结2h,成功制备了新型无铅压电陶瓷Ba0.9 Ca0.1 Ti1-x Snx O3,并且检测了陶瓷样品的微结构和电性能.XRD显示所有陶瓷样品均具有纯的钙钛矿结构,在室温下为典型的四方相,SEM显示适量添加锡离子可以提高陶瓷致密性.在室温下,锡离子改性的BaTiO3基压电陶瓷在x=0.02处显示了优异的压电、介电和铁电性能(d33=276 pC/N,kp=46%,εr=3678,tanδ=2.4%,Pr=18.2μC/cm2,EC=1.12 kV/mm).这些优异的检测结果证实适当添加锡离子能改善BaT iO3基压电陶瓷的电性能.     

PMSZT压电陶瓷的烧结工艺研究

研究保温时间对PMSZT压电陶瓷的相组成、显微结构及电性能的影响。结果发现,烧结温度1240℃保温1h时,密度达极值7．83g／cm^3。保温1h的试样,晶粒致密均匀,居里温度最低。随着保温时间的缩短或延长,居里温度增加。电性能在保温1h时达最佳,ε33^T/ε0=1700,d33=336pC/N,Kp=0.655,Qm=2200,tgδ=0.0030。     

Sm2O3掺杂(Ba0.7Ca0.3)TiO3-Ba(Zr0.2Ti0.8)O3无铅压电陶瓷的制备与性能

采用固相合成法制备了Sm2O3掺杂的(Ba0.7Ca0.3)TiO3-Ba(Zr0.2Ti0.8)O3(BCZT)无铅压电陶瓷.借助XRD、SEM等手段对该陶瓷的显微结构与电性能进行了研究.结果表明,Sm2O3的掺杂降低了BCZT无铅压电陶瓷的烧结温度并使居里温度点Tc从85℃提高到95℃.当Sm2O3掺杂量为0.02wt%～0.1wt%时,样品具有典型ABO3型钙钛矿结构.Sm2O3掺杂量为0.02wt%时,所得陶瓷样品具有最优综合电性能,其压电常数d33、机电耦合系数kp、机械品质因子Qm、介电损耗tanδ和介电常数εr分别为590 pC/N、0.52、43、1.3%和3372.     

PLN—3型压电陶瓷材料组成对压电参数温度稳定性的影响

在适当的工艺条件下，改变铌锂锆钛酸铅（PLN）三元系压电陶瓷材料组成中的锆钛比，加取代改性物及外加改性添加物，获得了高温稳定的PLN－3型压电陶瓷材料。该材料常温性能优良，高温稳定性好，200℃时相对25℃时的性能参数变化较小，介电常数变化小于45％，谐振频率变化小于2．5％，机电耦合系数变化小于－3％。本文在大量实验的基础上叙述了PLN材料组成与材料压电参数温度稳定性的关系，并对其改性作用机理进行了探讨。     

Bi(Mg_(1/2)Ti_(1/2))O_3-PbTiO_3压电陶瓷体系介电与居里温度特性研究

采用传统固相法工艺制备了(1-x)Bi(Mg1/2Ti1/2)O3-x Pb Ti O3(BMT-x PT,0.34≤x≤0.44)陶瓷。研究发现,随着PT含量增加,试样结构由三方相逐渐转变为四方相结构,当0.36x0.40时,试样结构处于准同型相界(MPB)区。研究表明BMT组元是一种具有非铁电体特征的组分,随着PT含量减少,BMT-PT体系的居里温度减小,介电峰变得越来越不明显。通过研究BMT-PT体系组分与居里温度(TC)的关系可以看出:(1)PT含量为0.34~0.44时,TC随BMT含量变化实验值和Stringer的经验值差异较小,变化趋势一致;(2)BMT-PT体系居里温度最大值可能在x=0.73的附近,其居里温度最大值TC max约为550℃。     

三元陶瓷Pb(In1/2Nb1/2)O3-Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-PbTiO3准同型相界附近组分的介电、铁电和压电性能

铅基复合钙钛矿铁电材料广泛应用于机电传感器、致动器和换能器。二元铁电固溶体Pb(Ni_1/3Nb_2/3)O₃- PbTiO₃(PNN-PT)由于其在准同型相界(MPB)区域具有优异的压电、介电性能而备受关注。然而较大的介电损耗和较低的居里温度限制了其在高温高功率器件方面的应用。本研究通过引入Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃ (PIN)作为第三组元改善PNN-PT的电学性能, 提高其居里温度; 通过两步法合成了MPB区域的三元铁电陶瓷Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃- Pb(Ni_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃ (PIN-PNN-PT), 研究了其结构、介电、铁电和压电性能。制备的所有组分陶瓷具有纯的钙钛矿结构。随着PT含量的增加, 陶瓷结构从三方相转变为四方相。通过XRD分析得到了室温下PIN-PNN-PT体系的MPB相图。体系的居里温度由于PIN的加入得到了很大的提高, 更重要的是PIN的引入降低了PNN-PT体系的介电损耗和电导。MPB处的组分展现出了优异的电学性能, 室温下, 性能最优组分为0.30PIN-0.33PNN-0.37PT: d₃₃=417 pC/N, T_C=200 ℃, ε′= 3206, tanδ=0.033, P_r=33.5 μC/cm², E_C=14.1 kV/cm。引入PNN-PT的PIN第三组元使得体系的居里温度和压电性得到提高的同时降低了的介电损耗和电导率, 因此, PIN-PNN-PT三元铁电陶瓷在高温高功率换能器等方面具备一定的应用潜力。     

Sn层PMN——PZT三元系压电陶瓷低温稳定性和压电性能影响的研究

制备了６种不同Ｓｎ含量的ＰＭＮ－ＰＺＴ压电陶瓷试样，深入研究了Ｓｎ添加剂对压电材料压电等性能的影响，用ＺＰＡ分析了Ｓｎ在改性ＰＺＴ压电陶瓷中的存在形式。研究表明，Ｓｎ添加剂不仅能提高压电性能而且改善了压电陶瓷低温性能的稳定性     

含铋层状结构陶瓷CaBi2Nb2O9的A位掺杂改性研究

利用固相反应法合成了Ca1-x(KLa)x/2Bi2Nb2O9(x=0～0.20)(xKLaCBNO)铋层状陶瓷,分析不同KLa掺杂量对CaBi2Nb2O9(CBNO)基陶瓷微观结构、介电、压电及电导性能的影响.XRD分析表明KLa的引入未改变CBNO陶瓷的单相结构.SEM和介电系数温度谱结果分别显示,KLa掺杂量的增加,细化尺寸趋于一致,而居里温度(Tc)从943℃降低至875℃,其峰值介电常数减小、峰值介电损耗增大.当掺杂量x=0.1时,样品的高温电阻率较纯CBNO显著升高,压电系数d33由5.2 pC/N提高到15.8 pC/N,居里温度高达870℃,说明A位(KLa)掺杂改性后的CBNO陶瓷在高温传感器等领域具有潜在的应用前景.     

锰掺杂Sr2-xCaxNaNb5O15（x=0.05～0.35）无铅压电陶瓷微观结构与电学性能的研究

采用传统陶瓷制备工艺制备了Mn掺杂的钨青铜结构无铅压电陶瓷Sr2-xCaxNaNb5O15+ywt%MnO2(x=0.05～0.35,y=0,0.3,0.5)(SCNN-M),并对SCNN-M陶瓷相组成、微观结构及介电、压电、铁电性能进行了研究.分析表明:Ca2+已进入Sr2NaNb5O15晶格之中形成固溶体;掺杂适量的锰,能够得到致密、单一的钨青铜结构陶瓷,有效降低烧结温度,促进晶粒长大,显著提高陶瓷的介电、压电、铁电性能.当x=0.05,添加0.5wt%的MnO2时,陶瓷具有较好的介电、压电和铁电性能:介电常数εr=2123,介电损耗tanδ=0.038,压电系数d33=190pC/N,机械品质因数Qm=1455,平面伸缩振动机电耦合系数Kp=13.4%,厚度伸缩振动机电耦合系数Kt=36.5%,剩余极化强度Pr=4.76μC/cm2,自发极化强度Ps=9.36μC/cm2,矫顽场Ec=12.68kV/cm,居里温度Tc=260℃.     

0.08Pb(Fe1/3Sb2/3)O3-yPbTiO3-(1-0.08-y)PbZrO3压电陶瓷性能研究

合成了钙钛矿结构的0.08Pb(Fe1/3 Sb2/3)O3-yPb-TiO3-(1-0.08-y)PbZrO3三元系压电陶瓷材料,测量并计算了不同y值时的压电常数(d33)、机电耦合系数kp、k33)、机械品质因数(Qm)以及极化前后的介电常数(εT33/ε0),对实验现象进行了简单的讨论,得出一些有益的结论;实验结果表明当选取合适的y值时可以获得压电性能良好的压电材料,如y=0.45时材料的平面机电耦合系数kp、纵向机电耦合系数k33和压电常数d33分别达到0.64×10-12C/N、0.72×10-12C/N和365×10-12C/N.     

铌镁酸铋-钛酸铅压电陶瓷准同型相界附近的性能和相变温度研究

利用传统固相烧结法制备了Bi(Mg_2/3Nb_1/3)O₃-PbTiO₃(BMN-PT)压电陶瓷, 分析了不同PbTiO₃含量对BMN-PT压电陶瓷的晶体结构、介电、压电及铁电性能的影响. XRD结果表明: 合成的BMN-PT陶瓷具有纯钙钛矿结构, 并且在PbTiO₃含量为x=0.60时, 其组分的XRD图谱在衍射角2θ=45°出现明显的分峰, 说明该组分相结构中存在三方和四方相的共存. 压电铁电性能显示, BMN-0.60PT有最大的压电常数d₃₃(~170pC/N)和平面机电耦合系数k_p(0.35), 最小的矫顽场E_c(29.4 kV/cm)及最大的剩余极化P_r(31.4 μC/cm²). 确定了BMN-PT压电陶瓷的准同型相界(MPB)为PbTiO₃含量x=0.60的组分. 介电系数温谱表明介电系数峰值温度(Tm)随着PbTiO₃含量的增大而升高, MPB组分的Tm约为276℃.     

PMSZT压电陶瓷材料的性能研究

以固态氧化物为原料,采用二次合成工艺制备PMS-PZT三元系压电陶瓷.研究组成为Pb1.04(Mn1/3Sb2/3)0.05ZrxTi0.95-xO3的压电陶瓷的相组成、显微结构、电性能以及温度稳定性.结果表明:合成温度900℃保温2h,可以得到钙钛矿结构.烧结温度1240℃保温2h时,综合性能达最佳值:εT33/ε0=1420,d33=324pC/N,Kp=62%,Qm=2400,tanδ=0.0029.烧成温度影响谐振频率的变化率.提高烧成温度可以使正温范围的变化率提高,负温范围的变化率降低.     

烧结温度对PMS-PZT系陶瓷显微结构和压电性能的研究

研究了不同烧结温度对Pb(Mn1／3Sb2／3)O3-PbZrO3-PbTiO3(PMS—PZT)系压电陶瓷显微结构和压电性能的影响．实验结果表明：在1240℃、2h条件下烧结，能获得最优的综合性能：Cr=1530、d33=374、Kp=0．6、tanδ=0．41％、Qm=1250，可以满足压电变压器和超声马达等大功率场合下的使用要求．与此同时，当烧结温度为1100-1150℃时，材料仍然具有良好的压电性能：Cr=1370、d33=348、Kp=0．57、tanδ=0．62％、Qm=1620(1150℃)，因此可以作为中低温烧结的多层器件用厚膜材料．高温显微镜、SEM、TEM和EDS等研究表明，PMS—PZT系陶瓷具有很宽的烧结温度区域，特别是中低温烧结时仍能成瓷并具有高的压电性能，主要是因为PbO和Sb2O5在较低烧结温度下(1100℃)能够形成过渡液相促进陶瓷烧结，随着烧结温度的升高，它们能够重新进入晶格形成单一钙钛矿结构．     

SmAlO3-modified (K0.5Na0.5)0.95Li0.05Sb0.05Nb0.95O3 lead-free ceramics with a wide sintering temperature range

Lead-free ceramics (1 − x)(K_0.5Na_0.5)_0.95Li_0.05Sb_0.05Nb_0.95O₃-xSmAlO₃ (KNLNS-xSA) were prepared by conventional sintering technique. The phase structure, dielectric and piezoelectric properties of the ceramics were investigated. All compositions show a main perovskite structure, exhibiting room-temperature symmetries of tetragonal at x ≤ 0.0075, of pseudo-cubic at x = 0.0100. The Curie temperature of KNLNS-xSA ceramics decreases with increasing SmAlO₃ content. Moreover, the addition of SmAlO₃ can effectively broaden the sintering temperature range of the ceramics. The KNLNS-xSA ceramic with x = 0.0050 has an excellent electrical behavior of piezoelectric coefficient d₃₃ = 226 pC/N, planar mode electromechanical coupling coefficient k_p = 38%, dielectric loss tan δ = 3.0%, mechanical quality factor Q_m = 60, and Curie temperature T_C = 327 °C, suggesting that this material could be a promising lead-free piezoelectric candidate for piezoelectric applications.     

SrCO3掺杂对PMN-PMnN-PZT-Ce压电陶瓷储能及介电弛豫性能的影响

通过铌铁矿先驱法制备了Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-Pb(Mn_(1/3)Nb_(2/3))O_3-PbZrO_3-PbTiO_3+0.3%CeO_2(质量分数)+xSrCO_3(PMN-PMnN-PZT-Ce-xSr,x=0.00,0.03,0.05,0.07)四元系压电陶瓷,研究了SrCO_3含量的变化对Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-Pb(Mn_(1/3)-Nb_(2/3))O_3-PbZrO_3-PbTiO_3+0.3%CeO_2(质量分数)(PMN-PMnN-PZT-Ce)压电陶瓷相结构、储能密度以及弛豫行为的影响。通过XRD表明,样品为单一稳定的钙钛矿结构,并且存在准同晶界(MPB);当x=0.07时,在外加电场60kV/cm下取得较好的储能性能:储能密度W1=0.31J/cm~3,储能效率η=0.47;通过修正Curie-Weise定律,较好地描述了陶瓷弥散相变的特征,弥散相变系数γ随着Sr~(2+)掺杂量的增加而增加。当x=0.07时,γ取得最大值1.972 8,此时弛豫现象最明显。     

PIN-PT晶体铁电性和压电性的温度稳定性研究

测试了采用熔体法通过使用异质同构的Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3籽晶生长出的Pb(In1/2Nb1/2)O3-PbTiO3单晶的铁电、压电性能的温度稳定性,研究结果发现,<001>取向的PIN—PT单晶不但具有非常优越的铁电、压电性能,其室温电容率ε达5000左右,介电损耗因子tgδ-1％,k33值最大可达到95％,d33值最大可达到3000pC/N左右.而且具有很高的温度稳定性,即使测试温度超过150℃,k33值也只下降不到10％.研究结果表明,该晶体是继PMN-PT和PZN—PT单晶之后又一种非常具有发展前途的单晶.     

真空烧结制备(La0.2Nd0.2Sm0.2Gd0.2Er0.2)2Zr2O7高熵透明陶瓷

高熵陶瓷是近年来陶瓷材料研究的热点,制备性能优异的高熵陶瓷是陶瓷材料的发展趋势.本研究采用燃烧法结合真空烧结制备出高熵透明陶瓷.测试结果显示燃烧法制备高熵(La0.2Nd0.2Sm0.2Gd0.2Er0.2)2Zr2O7粉体的平均晶粒尺寸为8 nm,高熵粉体为无序的缺陷萤石结构.在真空炉中不同温度烧结的高熵陶瓷具有有序...