Ce~(3+)掺杂Na_(0.5)Bi_(8.5)Ti_7O_(27)铋层状陶瓷的结构与电性能研究

采用固相法制备了Ce~(3+)掺杂的Na_(0.5)Bi_(8.5–x)Ce_xTi_7O_(27)(NBT-BIT-x Ce,0≤x≤0.1)共生铋层状无铅压电陶瓷,研究了NBT-BIT-xCe陶瓷的结构和电学性能。研究结果表明所有陶瓷样品均为单一的铋层状结构,随Ce~(3+)掺杂量的增加,样品的畸变程度呈现上升趋势,同时陶瓷晶粒的平均尺寸不断减小,介温谱和差热分析结果表明样品的介电双峰均对应于陶瓷内部结构的铁电相变。Ce~(3+)掺杂可以显著减少陶瓷内部的氧空位浓度以及降低陶瓷的介电损耗,提升陶瓷的压电常数(d33),当x=0.06时,陶瓷的综合电性能最佳:压电常数(d_(33))达到27.5 pC/N,居里温度(TC)达到658.2℃,介电损耗(tanδ)为0.39%。     

SrCaBi_4Ti_5O_(18)-BiMeO+3(Me=Ga,Mn)高温无铅压电陶瓷的制备及性能

采用固相合成法制备了(1-x)SrCaBi_4Ti_5O_(18-x)BiMeO_3(SCBT-xBMe,Me=Ga,Mn;0≤x≤0.02)铋层状压电陶瓷,研究了BiMeO_3掺杂对SrCaBi_4Ti_5O_(18)系陶瓷微观结构及电性能的影响。结果表明BiMeO_3掺杂并未改变SCBT陶瓷的晶体结构,所有样品均为单一的铋层状结构陶瓷;适量引入BiMeO_3能促使SCBT的晶粒长大且趋于均匀,并有助于SCBT电性能的优化。当BiMeO_3掺杂量为0.005(Me=Ga)和0.02(Me=Mn)时,材料的压电常数d33分别为18pC/N和20pC/N,同时材料具有高的居里温度(Tc=550℃)和低的介电损耗(tanδ0.15%)。此外,SCBTxBMe材料具有良好的压电稳定性,适合于制备高温高频压电器件。     

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.     

Ta掺杂Na0.5 Bi4.5 Ti4O15陶瓷的显微结构和电性能EI北大核心CSCD

采用固相烧结法制备铋层结构Na 0.5 Bi 4.5 Ta x Ti 4-x O 15+0.5 x(NBT-Ta-x)(x=0~0.20)压电陶瓷。采用X射线衍射、扫描电镜和自动控温测试系统研究Ta 5+的B位掺杂对NBT-Ta-x陶瓷的微观结构、电导、介电和压电性能的影响。结果表明:随Ta掺杂量的增加,晶粒尺寸和长径比逐渐减小,表现出沿c轴的取向生长,同时,陶瓷的理论密度和体积密度增加,在掺杂量x=0.05时达到最高的相对密度96.1%,Ta在NBT晶格中的固溶极限在0.10附近。随Ta 5+掺杂量x增加到0.20,陶瓷的居里温度从680℃降至658℃。Ta 5+掺杂使NBT-Ta-x陶瓷的电阻率增加了两个数量级,压电常数d 33从13.8 pC/N增加到23 pC/N。当x=0.04~0.05时,NBT-Ta-x陶瓷的综合电性能良好:T c=670~672℃,d 33=21.8~23 pC/N,k p=7.9%~8.3%。     

0.98Bi_(0.5)(Na_(0.82)K_(0.18))_(0.5)TiO_3-0.02NaNbO_3无铅压电陶瓷的烧结工艺及性能研究

采用固相反应方法制备0.98Bi_(0.5)(Na_(0.82)K_(0.18))_(0.5)TiO_3-0.02NaNbO_3无铅压电陶瓷。研究该体系陶瓷的烧结工艺对压电陶瓷的物相、显微结构及电性能的影响。结果表明,900℃合成温度下,合成粉料为ABO_3型钙钛矿结构,烧结温度变化不会使晶体结构发生改变。随着烧结温度增加,晶粒尺寸变大,陶瓷致密性提高,但过高的烧结温度使体系中出现玻璃相。电性能表明,1 200℃烧结温度下,压电陶瓷的电性能最佳:εr=1 620、tanδ=0.030、d33=138 p C/N、kp=0.40。居里温度在1 200℃时最低,TC=370℃,烧结温度降低或升高,都会使居里温度增加。在300 Hz~700 k Hz的频率范围内,150 k Hz左右空间电荷极化失去贡献,之后介电常数趋于稳定。     

Sb_2O_3掺杂对(Na_(1-x)K_x)_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3无铅压电陶瓷性能的影响

采用传统工艺制备了(Na0.84K0.16)0.5Bi0.5TiO3压电陶瓷,研究掺杂离子Sb3+对(Na0.84K0.16)0.5Bi0.5TiO3微观结构和电性能的影响。结果表明烧结温度在1160℃时,样品密度达到最大值5.85g/cm3;X射线衍射(XRD)分析所有陶瓷样品均为钙钛矿相,Sb2O3的掺杂只改变晶胞体积或产生铋离子空位或钠离子空位,不形成异相;掺杂量在0.4%~0.6%时介电常数先增加后减小,介电损耗呈现增大趋势;掺杂0.5%的Sb2O3时,d33最大为142pC/N。     

Mn改性Na0.5Bi2.5Nb2O9高温压电陶瓷的研究

采用固相法获得了Mn改性的Na0.5Bi2.5Nb2O9(NBN+xmol%MnCO3,0≤x≤10.0)铋层状压电陶瓷,并系统地研究了Mn(掺杂)对NBN基陶瓷显微结构与电性能的影响.结果表明,所有获得的样品都是居里点在700℃以上的单一相铁电体.加入Mn显著地提高了NBN系列陶瓷的机械品质因素Qm,明显改善了陶瓷的压电与机电性能.当MnCO3掺杂量为8.0mol%时,陶瓷获得最佳电性能:tanδ=0.749%,d33=20 pC/N,Qm=3120,kp=12.37%,kt=21.09%,Pr=7.01μC/cm2.NBN+xmol%MnCO3(x=8.0)陶瓷经700℃退极化处理后,其d33保持为原来的75%(~15 pC/N),表明该材料在高温领域下具有良好的应用前景.     

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.     

(Mo_(1/2)Sr_(1/2))~(4+)掺杂Bi_(1/2)Na_(1/2)TiO_3无铅压电陶瓷结构及其性能研究

采用传统陶瓷制备工艺制备出了Bi1/2Na1/2Ti1-x(Mo1/2Sr1/2)xO3(简称BNT-MS-100x)系无铅压电陶瓷材料,研究了(Mo1/2Sr1/2)4+掺杂量对BNT基陶瓷材料显微结构和电学性能的影响。研究结果表明,(Mo1/2Sr1/2)4+掺杂并未影响BNT陶瓷的晶体结构,仍为纯钙钛矿型结构,而且致密性良好。随着(Mo1/2Sr1/2)4+掺杂量增加,居里温度升高,剩余极化强度先增大后减小。当x=0.004时,BNT-MS-100x陶瓷的压电系数最大,d33=104pC/N,介电损耗最小,tanδ=4.11%。     

A-位和B-位共掺的Bi4Ti3O12陶瓷的结构及其铁电性能

采用固相烧结法制备了Bi3.55Nd0.45Ti3-xNbxO12(x=0、0.02、0.05、0.08、0.15)系层状钙钛矿结构无铅铁电陶瓷。通过X射线衍射仪(XRD)可以看出陶瓷样品为铋层状钙钛矿结构,并无杂相生成。随着Nb的含量增多,其衍射峰向低角度移动。从扫描电子显微镜(SEM)可以看出陶瓷晶粒为片状。利用阻抗分析仪LCR(HP4284A)测试了陶瓷的介电性能,研究表明AB位共掺钛酸铋陶瓷的居里温度在275℃左右,而Bi4Ti3O12的居里点是675℃,前者比后者下降了400℃。在利用铁电综合测试系统对铁电性能的研究过程中发现,与x=0.05相比,x=0.15的矫顽场(Ec)和剩余极化强度(2Pr)分别减小了5kV/cm和2μC/cm2。     

气氛烧结锂掺杂铌酸钾钠无铅压电陶瓷的电学性能

在工业氮气(N2)气氛条件下制备了锂掺杂铌酸钾钠(NKLN)无铅压电陶瓷,研究了Li掺杂量对陶瓷相结构、微观结构及电学性能的影响.结果表明,NKLN陶瓷具有钙钛矿结构,随Li含量的增加,陶瓷在室温下出现了从斜方相到四方相的转变;当Li含量为7%(摩尔分数)时,陶瓷具有优良的电学性能,压电常数(d33)、机电耦合系数(kp)和剩余极化强度(Pr)分别为223pC/N、38.2%和12.11μC/cm2;陶瓷的居里温度Tc随着Li含量的增加而升高,当Li含量为6%(摩尔分数)时为420℃,Li含量为8%(摩尔分数)时为480℃.     

Bi_4(M)Ti_4O_(15)系统含铋层状结构铁电陶瓷的研究

本工作制得几种分子式为 Bi_4(M)Ti_4O_(15)的含铋层状结构铁电陶瓷,其中 M=Ca、Sr、Ba 和 Pb。测量了它们的介电、压电性能以及 Bi_4SrTi_4O_(15)(BST)陶瓷的性能稳定性。这些陶瓷的介电和压电性能除居里温度(420～800℃)有所不同外,其它性能基本相似:d_(33)=16～20×10~(-12)C/N;ε_(33)=160～250;tanδ=0.005～0.02。根据铁电电滞回线,BST 陶瓷在室温下的饱和自发极化 P_(?)和矫顽场强 E_(?)分别为12μC/cm~2和80kV/cm。性能测量表明,它们的抗热处理和抗一维压应力的去极化能力优异,试样经400℃或500℃处理1h 后,d_(33)值几乎不变,当压应力σ高达200MPa 并至少经20次循环,其释放电荷量 Q 和应力σ仍呈线性。由BST 陶瓷制得的加速度计,在-190～300℃之内其释放电荷 Q 相对室温的变化率<5%。当 Ba~(2+)、Sr~(2+)和 Ca~(2+)分别取代 M 时,发现陶瓷的居里温度 T_c 逐渐递增,此变化程序正好与具有相应离子的 ABO_3型钙钛矿结构的相反。文章对出现上述现象的原因作了讨论。     

(K_(0.5)Na_(0.5))_(0.94-2x)Li_(0.06)Sr_xNb_(0.98)Sb_(0.02)O_3无铅压电陶瓷的制备及性能研究

采用传统陶瓷烧结工艺制备了(K0.5Na0.5)0.94-2xLi0.06SrxNb0.98Sb0.02O3无铅压电陶瓷,研究了陶瓷的结构、烧结特性及电性能特征.研究结果表明:制备的KNLSN-Srx陶瓷为单一的具有四方相的钙钛矿结构,SEM照片中可以看出材料的平均晶粒尺寸随着Sr掺入量的增加逐渐变大,陶瓷的烧结温度随Sr掺入量的增加而升高,Li,Sr和Sb掺杂(K0.5Na0.5)NbO3后,材料的压电系数d33、平面机电耦合系数kp得到提高,同时介电损耗tanδ和机械品质因子Qm降低,Sr掺入量在2mol%时各项性能最佳(d33=130pC/N,kp=34.5%,tanδ=4.2%).     

TbDyFe掺杂对(Ba_(0.85)Ca_(0.15))(Ti_(0.9)Zr_(0.08)Sn_(0.02))O_3无铅压电陶瓷组织与电性能的影响

为获得BCZTS无铅压电陶瓷优良的电性能,通过对其掺杂TbDyFe,采用传统固相烧结法制备(Ba0.85Ca0.15)(Ti0.9Zr0.08Sn0.02)O3-x TbDyFe(BCZTS-x TbDyFe)无铅压电陶瓷,分析不同TbDyFe(x=0~0.4wt.%)含量对BCZTS无铅压电陶瓷微结构、压电性能、介电性能和铁电性能的影响,并利用XRD、SEM等方法分析表征样品。结果表明:所有样品均为单一的钙钛矿结构;掺杂TbDyFe后陶瓷的晶粒尺寸变小。由介电温谱可知,掺杂TbDyFe后BCZTS体系出现介电弛豫行为。当掺杂x=0.1wt.%时,无铅压电陶瓷材料的综合性能优异:d33=500 p C/N,kp=40%,εr~5955,tanδ~1.9%,Pr=6.6μC/cm2,Ec=2 k V/cm。     

BiScO_3-Bi(Zn_(1/2)Ti_(1/2))O_3-PbTiO_3高居里温度压电陶瓷介电压电性能研究

采用传统陶瓷工艺制备(1-x)Bi(Sc_(0.9)(Zn_(1/2)Ti_(1/2))_(0.1))O_3-xPbTiO_3(BS-0.1BZT-xPT)陶瓷试样。研究了BZT含量为0.1%(摩尔分数)时,不同PT含量BS-0.1BZT-xPT压电陶瓷结构、介电和压电性能的变化规律。研究表明,随着PT含量增加,试样从三方相向四方相转变;当PT含量为0.60~0.62之间时,试样处在三方到四方的过渡区。当PT量为0.6时,试样压电性能达到最大值(d33=250pC/N,kp=43%)。当PT量增加,试样居里温度呈上升趋势,εr max值先增加后减小。当PT含量为0.60时,试样铁电性能达到最大值,Pr=34.4μC/cm~2,Ec=19.2kV/cm。     

CeO_2掺杂对Pb_(0.92)Sr_(0.06)Ba_(0.02)(Sb_(2/3)Mn_(1/3))_(0.05)Zr_(0.48)Ti_(0.47)O_3基压电陶瓷相结构及性能的影响

采用传统固相烧结法制备Pb_(0.92)Sr_(0.06)Ba_(0.02)(Sb_(2/3)Mn_(1/3))_(0.05)Zr_(0.48)Ti_(0.47)O_3∶xCeO_2(简称PSBSM-PZT)压电陶瓷样品。研究不同CeO_2掺杂含量对PSBSM-PZT基陶瓷样品的物相结构、微观形貌、压电及介电性能的影响。结果表明:当CeO_2掺杂量x≤0.5%(质量分数,下同)时,陶瓷样品均为纯的钙钛矿结构。随着CeO_2掺杂含量的增加,陶瓷样品中四方相结构逐渐向三方相结构转变。随着CeO_2掺杂含量的进一步增加,陶瓷中出现焦绿石相,虽然陶瓷中已经出现焦绿石相,但是样品仍没有完全转变为三方相陶瓷;CeO_2掺杂具有细化晶粒的作用,当x=0.25%时样品晶粒晶界清晰,晶粒之间的结合相对致密,晶界处气孔率低,陶瓷断裂方式以沿晶断裂为主;当x=0.25%时,陶瓷样品获得最佳的压电与介电性能:d_(33)=346pC/N,k_p=0.60,Q_m=1396,ε_r=1309,tanδ=0.474%。     

(1-x)BaTiO_(3-x)Ag_(0.9)Li_(0.1)NbO_3系无铅压电陶瓷的相结构和电性能研究

采用传统陶瓷工艺制备了(1-x)BaTiO_(3-x)Ag_(0.9)Li_(0.1)NbO_3(BT-xALN,0.005≤x≤0.04)系陶瓷,研究了ALN含量的变化对BT-xALN系陶瓷的显微结构、相结构和电性能的影响。结果表明,ALN的引入使陶瓷的晶粒尺寸有所减小。当x≤0.02时,BT-xALN陶瓷均形成了纯的钙钛矿相,表明ALN与BT形成了固溶体;当x=0.01~0.02时,陶瓷存在四方-伪立方相界。陶瓷的压电常数d33和介电常数εr随x增加均先增大后减小。d33在x=0.0075时达到最大值115pC/N,εr在x=0.025时达到最大值3 880;但剩余极化强度Pr随x增加逐渐降低。此外,掺入ALN后陶瓷的居里温度有所降低。     

锰掺杂对(K_(0.5)Na_(0.5))NbO_3-LiNbO_3压电陶瓷结构和性能的影响

采用传统陶瓷制备工艺制备了(K_(0.5)Na_(0.5))NbO_3-LiNbO_3-xMnO_2压电陶瓷,分析了陶瓷样品的微观组织结构.实验结果表明,随MnO_2掺杂量的增多,陶瓷由四方相转变为正交相,晶粒的均匀性下降并生成K_3LiNb_6O_(17)相.研究了MnO_2不同掺杂量对陶瓷压电性能的影响.结果表明,随锰掺杂量的增加,材料逐渐变"硬",机电耦合系数k_p和压电常数d_(33)逐渐减小,同时Q_m逐渐增大;当MnO_2含量为0.8%(质量分数)时,陶瓷的机械品质因数达到最大,此时陶瓷的压电性能为:k_p=0.34,k_t=0.43,d_(33)=110pC/N,Q_m=401.3.     

低掺杂量MgO对钛酸锶钡陶瓷的结构和性能的影响

采用传统的陶瓷工艺制备了MgO掺杂的Ba0.6Sr0.4TiO3(BST)陶瓷样品.系统地研究了MgO掺杂量为0.06%～0.18%的Ba0.5Sr0.4TiO3陶瓷的微结构和介电性能.XRD分析显示,在我们所选取的掺杂范围内,MgO并没有影响到BST陶瓷的主晶相钙钛矿结构,且一定量的Mg离子进入到BST的晶格中.扫描电子显微镜对样品的形貌观察揭示了,随着MgO含量的增加其晶粒尺寸逐渐减小.介电性能和介电偏压测试表明,相对未掺杂BST样品的介电损耗明显降低且居里点逐渐向低温移动,可调性随着MgO掺杂量的增加而减小,MgO的掺杂量为0.18%(质量分数)时居里温度移到-49℃,可调性为16%,且样品的居里温度在外加电场作用下向高温方向移动.微波性能测试表明MgO掺杂BST陶瓷相对未掺杂样品具有较高的Q值.     

(0.84-x)Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3-0.16K_(0.5)Bi_(0.5)TiO_(3-x)SrTiO_3系无铅压电陶瓷结构与电性能

采用固相法制备了Bi补偿的(0.84-x)Na0.5Bi0.5TiO3-0.16K0.5Bi0.5TiO3-x SrTiO3(简称NBTKBT-xST)无铅压电陶瓷,研究不同ST掺量对体系陶瓷的结构与电性能的影响规律。结果表明,在掺杂范围内(0≤x≤0.06),材料均能形成单一的钙钛矿固溶体结构。随着x的增加,陶瓷晶体结构逐渐由三方相向四方相过渡,且该体系的三方-四方准同型相界(MPB)位于0.03≤x≤0.04。在此组成区域内,体系陶瓷的铁电与压电性能较好,其中x=0.04时,材料的电性能较好:压电常数d33=156 pC/N,平面机电耦合系数k p=0.29,相对介电常数εr=1116,介质损耗tanδ=4.1%,剩余极化强度P r=30.5μC/cm2,矫顽场E c=23.9 kV/cm。介电温谱和变温电滞回线表明体系陶瓷在T d以上可能存在极性相与非极性相共存。