钛酸铋钠基无铅压电陶瓷晶粒生长机制的研究

采用反应模板晶粒生长法(RTGG),制备了0.94Na0.5Bi0.5TiO3-0.06 BaTiO3无铅压电织构陶瓷,应用晶粒生长动力学唯象理论研究籽晶模板Bi2.5Na3.5Nb5O18对织构陶瓷中取向长条晶生长的影响规律,确定了长条晶生长动力学指数和激活能,探讨了籽晶含量对无铅压电织构陶瓷长条晶生长的作用机理。结果表明:籽晶含量在10%～30%(质量分数)时,随着其含量的增加,晶粒生长指数n约为2,变化不大,说明长条晶粒生长机制主要是界面反应机制。     

织构化钛酸铋钠基无铅压电陶瓷的制备与性能研究

用熔盐法制备了片状 Bi4Ti3O12模板,由 Bi4Ti3O12片状前驱体制备了 Bi0.5Na0.5TiO3（BNT）模板,由模板晶粒生长法制备了织构化0.91Bi0.5Na0.5TiO3-0.06BaTiO3-0.03K0.5Na0.5NbO3陶瓷。研究了 Bi4Ti3O12以及Bi0.5Na0.5TiO3两种模板及模板含量对Bi0.5Na0.5TiO3无铅压电体系织构化的影响及织构化陶瓷的压电性能。结果表明Bi0.5Na0.5TiO3模板比Bi4Ti3O12模板更适合用于此体系的织构化,并且,在加入质量分数15%的Bi0.5Na0.5TiO3模板时 Bi0.5Na0.5TiO3陶瓷取向度达到87.3%。质量分数5%的 BNT 模板织构化的陶瓷在6×103 V/mm 电场下应变达到0.226%,相较于随机取向陶瓷提高了48.7%。     

流延成型制备NBT基无铅压电织构陶瓷的研究

采用流延成型工艺,以片状Bi2.5Na3.5Nb5O18(BINN5)微晶为模板制备出(BiNa)0.5TiO3-BaTiO3(NBT)织构陶瓷,研究了微晶模板含量与陶瓷的微观组织结构间的关系。研究结果表明,采用流延成型工艺成功制备出晶粒定向排列的NBT无铅压电织构陶瓷。随着微晶模板质量分数的增加,陶瓷织构度增大;当烧结温度为1 225℃,微晶模板质量分数为20%时,NBT基陶瓷的织构度最大。     

掺铟对(Bi0.5Na0.5)0.93Ba0.07TiO3压电陶瓷的影响

采用直接反应烧结法制备掺铟的(Bi0.5Na0.5)0.93Ba0.07TiO3无铅压电陶瓷,研究了铟掺杂对(Bi0.5Na0.5)1-xBaxTiO3(BNBT)压电陶瓷压电性能、相组成及显微组织的影响。结果表明,添加适量的氧化铟后,该陶瓷仍为纯钙钛矿相结构,其材料组成在准同型相界处三方相减少,四方相增加;适量铟掺杂可抑制晶粒长大,有利于晶粒均匀生长,增大晶粒各向异性。当掺杂氧化铟的质量分数为0.16%时,获得了高的压电参数,其压电常数d33达到205 pC/N,厚度机电耦合系数kt、厚度与径向耦合系数之比kt/kp分别达到0.5、2.77。     

KNN LTN基无铅压电织构陶瓷的相结构与性能

以片状NaNbO3为籽晶模板,采用反应模板晶粒生长法制备了K0.48 Na0.52 NbO3-LiTa0.5 Nb0.5 O3(KNN-LTN)基无铅压电织构陶瓷,研究了保温时间对陶瓷显微组织结构、织构度和电性能的影响规律,结果表明,织构陶瓷由钙钛矿相和钨青铜结构的K3Li2Nb5O15相组成,随着保温时间的增加,陶瓷的织构度逐渐增大,保温10 h时织构度最大(0.725);织构陶瓷的介电常数随着保温时间的增加而增大,介电损耗则随之增加而减小.与传统的自由取向的KNN-LTN基陶瓷相比,织构陶瓷的压电常数d33提高,并随着保温时间的增加而增大.     

B位取代钛酸铋钠基压电陶瓷的结构与性能

采用传统固相反应制备出了0.80Na0.5Bi0.5TiO3-0.20K0.5Bi0.5TiO3(NKBT)基无铅压电陶瓷材料,研究了高化合价离子(Sb5+, Nb5+,W6+) B位掺杂对NKBT基无铅压电陶瓷结构与性能的影响.结果表明,掺杂等量Sb3+、Nb5+和W6+后,NKBT基陶瓷的主晶相仍然为钙钛矿相结构,其中掺杂Sb5+和Nb5+时,陶瓷中分别出现少量Sb6O13和Nb2O5相.掺杂离子的相对原子质量越大,陶瓷的压电常数d33越大.W6+为最优掺杂离子.不同W6+含量的NKBT陶瓷的主晶相均为钙钛矿相,当W6+摩尔分数为8%时,出现焦绿石相Bi14W2O27.W6+的固然极限为4%.随着W6+摩尔分数的增加,材料的介电常数εr、d33及居里温度TC减小,介电损耗tan δ增加.当W6+的摩尔分数为1%时,陶瓷的性能达到最佳,其d33、εr、tan δ、TC分别为123 pC/N,1 352、0.042 9,318 ℃.     

富铋对(Na0.5Bi0.5)0.93Ba0.07TiO3结构和电性能的影响

在(Na0.5Bi0.5)0.93Ba0.07TiO3中引入过量的Bi3 ,研究富Bi对该组成结构与压电和铁电性能的影响。采用柠檬酸盐法合成了具有单一钙钛矿相的(Na0.5Bi0.5 x)0.93Ba0.07TiO3(x=0~1.0%)超细粉料。研究结果表明,随着富Bi量的增加,陶瓷样品的晶体结构出现由三方-四方相共存向四方相的转变,Bi的过量对陶瓷样品的显微结构无明显影响。当富Bi量较低(x≤0.6%)时,压电常数和机电耦合系数随富Bi量的增加而缓慢降低。当富Bi量较高(x>0.6%)时,随着富Bi量的增加,压电常数和机电耦合系数急剧减小。富Bi使陶瓷样品的介电损耗增加,机械品质因数下降。当x≤0.4%时陶瓷样品具有饱和的电滞回线,而当x>0.4%时电滞回线明显变形。     

Bi0.5(Na1-xKx)0.5TiO3系陶瓷的压电性质与微观结构

利用传统陶瓷工艺制备了Bi0.5(Na1-xKx)0.5TiO3系无铅压电陶瓷,研究了该陶瓷的压电性质与微结构。研究结果表明,Bi0.5(Na1-xKx)0.5TiO3陶瓷的压电常数d33=142.2 pC/N、机电耦合系数kp=0.315;随着K+含量的增加,陶瓷晶粒尺寸有细化的趋势;低K+含量时,陶瓷晶粒的“棱角”相当“钝化”,而高K+含量时,陶瓷晶粒的“棱角”明显而“尖锐”,K+促进了陶瓷晶粒在特定方向的生长;对Bi0.5(Na1-xKx)0.5TiO3陶瓷进行了A位离子改性研究,提出了新型的压电性质优良的BNT基无铅压电陶瓷体系。     

CeO2 掺杂BNLKT陶瓷的压电性能与微观结构

利用企业的电子陶瓷工艺制备了CeO2掺杂Bi0.5(Na1-x-yLixKy)0.5TiO3无铅压电陶瓷,并研究了CeO2掺杂对该体系陶瓷的介电压电性能与微观结构的影响。X-射线衍射结果表明,掺杂的CeO2扩散进入了Bi0.5(Na1-x-yLixKy)0.5TiO3钙钛矿结构的晶格;SEM观察结果表明,少量的CeO2掺杂可改进该陶瓷的微结构;介电压电性能研究结果表明,CeO2掺杂对该陶瓷体系的综合性能有较大改善,室温下该体系配方的压电常数d33可达199 pC/N,径向机电耦合系数kp达39.3%,同时降低了陶瓷的介电损耗(tanδ=2.0%),提高了其机械品质因数。     

Na补偿的(Na,Bi)TiO3-Ba (Zr,Ti)O3无铅压电陶瓷

研究了(1-y)(Na0.5Bi0.5)TiO3-yBa(ZrxTi1-x)O3无铅压电陶瓷,获得压电应变常数d33高达185 pC/N的0.94(Na0.5Bi0.5)TiO3-0.06Ba(Zr0.055Ti0.945)O3压电陶瓷。添加0.04%摩尔过量Na2CO3的0.94(Na0.5Bi0.5)TiO3-0.06Ba(Zr0.055Ti0.945)O3高性能压电陶瓷d33高达195 pC/N。研究发现添加Na2CO3添加量至0.04%摩尔,Na起到软性添加物的作用,添加量超过0.04%,Na起到硬性添加物的作用.理论解释了过量Na的这一特性.为了降低介电损耗,对0.94(Na0.5Bi0.5)TiO3-0.06 Ba(Zr0.055Ti0.945)O3陶瓷进行了(Ce,Mn)掺杂改性研究。     

湿法流延制备(Na,K)0.5Bi0.5TiO3织构陶瓷

以NaCl-KCl熔盐法合成的片状Bi4Ti3O12微晶为模板,采用反应模板生长技术(RTGG)和湿法流延工艺制备了织构度为0.70的(Na0.84K0.16)0.5Bi0.5TiO3(NBT-KBT)织构陶瓷。研究了烧结温度对NBT-KBT织构陶瓷的相对密度、微观结构、织构度与电性能的影响。结果表明:其晶粒生长方向与电性能均表现出明显的各向异性,最佳烧结温度为1150℃,在此温度下陶瓷的d33最大为124pC/N,Pr为7.1×10–5C/cm2,Ec为3771kV/m。     

钛酸铋钠系陶瓷的介电热滞现象

测量了（Na0.5Bi0.5)TiO3和（Na0.5Bi0.5)0.94Ba0.06TiO3陶瓷从20－500℃的介电温谱。发现（Na0.5Bi0.5)TiO3陶瓷在150－350℃和（Na0.5Bi0.5)0.94Ba0.06TiO3陶瓷在30－300℃的热滞现象。作者认为此热滞现象是该类材料发生缓慢相变过程的外在表现,对于（Na0.5Bi0.5)0.94Ba0.06TiO3陶瓷直至室温附近的热滞现象,与其常温下处于三角－四方准同型相界（MPB）附近有关,而且这一热滞的存在必然影响（Na0.5Bi0.5)0.94Ba0.06TiO3陶瓷谐振频率等有关压电性温度稳定性。     

溶胶–凝胶法制备BNBT系陶瓷的热释电性能

研究了采用溶胶–凝胶工艺制备的(Bi0.5Na0.5)1xBaxTiO3(x=0,0.06,0.08)系(简称BNBT)无铅压电陶瓷的热释电性能。研究发现该工艺制备的(Bi0.5Na0.5)1xBaxTiO3系陶瓷室温附近具有较强的热释电性,热释电系数P大大高于传统工艺制备的同种样品的性能。随着Ba离子浓度的增加,热释电系数P在x=0.06时达到最大,P为3.9104 Cm2·K1。溶胶–凝胶工艺制备的(Bi0.5Na0.5)1xBaxTiO3系陶瓷具有较大热释电系数,起因于该类材料压电性较强、退极化温度较低。     

钛酸铋钠基无铅压电陶瓷烧结行为

利用固相合成法合成了纯钙钛矿结构的钛酸铋钠基压电陶瓷,研究了不同烧结温度下的钛酸铋钠基压电陶瓷的烧结行为,并对烧结过程中陶瓷表面出现第二相的机制进行了模型分析。最后研究了钛酸铋钠基陶瓷系列的电学性能。结果表明,第二相TiO2仅出现在陶瓷的表面,是由于在烧结过程中,钠、钾的脱溶造成晶界处出现第二相。介电常数和压电常数对烧结温度比较敏感。     

[Bi0.5(Nal-x-yKxAgy )0.5]1-zBazTiO3系压电陶瓷研究

采用传统固相法制备了一类新型的A位多重复合钛酸铋钠(Bi0.5Na0.5)TiO3,BNT)基无铅压电陶瓷[Bi05(Na1-x-yKxAgy)0.s]1-xBazTiO3(BNKABT-x-y-z).研究了K+、Ag+、Ba2含量对陶瓷微观结构和电学性能的影响.结果表明,在所研究的组成范围内,陶瓷样品均形成了单一的钙...     

Bi过量和Mn掺杂的钛酸铋钠基无铅压电陶瓷

采用传统电子陶瓷制备工艺制备(1–y)(Na0.5Bi0.5)TiO3-yBa(ZrxTi1–x)O3无铅压电陶瓷,获得了d33高达185pC/N的0.94(Na0.5Bi0.5)TiO3-0.06Ba(Zr0.055Ti0.945)O3压电陶瓷。对Bi的挥发进行了补偿,添加过量Bi2O3(摩尔分数z=0.08)的钛酸铋钠基压电陶瓷,d33高达218pC/N。研究了Mn掺杂对钛酸铋钠基陶瓷压电、介电性能和损耗的影响,获得了高性能的无铅压电陶瓷,其中d33为214pC/N,kt为0.44,k33为0.52。     

溶胶–凝胶法制备NBT-KBT系陶瓷及其电性能

采用sol-gel法制备(1–x)Na0.5Bi0.5TiO3-xK0.5Bi0.5TiO3(x=0.12~0.50)系无铅压电陶瓷。XRD分析表明,当x=0.18~0.30时陶瓷具有三方–四方相共存的晶体结构,为该陶瓷的准同型相界(MPB)。在MPB附近存在最佳的电性能:d33为150pC/N,kp为36.7%,ε3T3/ε0为1107,tanδ为1.1×10–2,Qm为168.8,Np为2949.7Hz·m。与常规固相法相比,sol-gel法有利于提高该陶瓷的电性能。分析了该陶瓷材料在1,10和100kHz下的介电温谱,发现该陶瓷是一类弛豫型铁电体材料。     

氧化钇掺杂NBBT压电陶瓷的介电特性

研究了Y2O3掺杂对(Na0.5Bi0.5)0.94Ba0.06TiO3(NBBT)陶瓷晶体结构、介电性能与介电弛豫行为的影响。XRD分析表明,x(Y2O3)掺杂在0～0.7%范围内陶瓷均能够形成纯钙钛矿固溶体。修正的居里-外斯公式较好地描述了陶瓷弥散相变特征,弥散指数随Y2O3掺杂量的增加先下降后增加。Y2O3掺杂量低于0.3%的陶瓷仅在低温介电反常峰tf附近表现出明显的频率依赖性,Y2O3掺杂量高于0.5%的陶瓷材料在室温和tf之间都表现出明显的频率依赖性。根据宏畴-微畴转变理论探讨了该体系陶瓷介电弛豫特性的机理。