0.06BiYbO3-0.94Pb(Zr0.48Ti0.52)O3三元系压电陶瓷的氧化物掺杂改性研究

针对新一代声波测井仪器对其核心元件压电陶瓷兼具高居里温度、高压电系数以及高稳定性要求的迫切需求,本文采用传统的固相反应-无压烧结技术制备了一种0.06BiYbO₃-0.94Pb(Zr_0.48Ti_0.52)O₃(BY-PZT)三元系压电陶瓷,并研究了四种氧化物掺杂对其微观结构及电学性能的影响。由XRD和SEM表征可知所有样品均呈纯四方相钙钛矿结构,掺杂Cr₂O₃的样品平均晶粒尺寸最大。介电温谱和谐振频谱研究证实四种氧化物掺杂均能提高其介电性能的温度稳定性。掺杂La₂O₃的样品介电常数温度系数(Tk_ε)最低,掺杂MnO₂的样品机械品质因素(Q_m)最高,而掺杂CeO₂的样品抗热退极化性能最好。高温复阻抗(Cole-Cole图)分析表明,Cr₂O₃掺杂能够显著提高BY-PZT陶瓷的高温电阻率,陶瓷在高温下的电导行为主要由晶界响应控制。综合来看,掺杂La₂O₃的样品兼具高居里温度(T_C=397 ℃)和高压电系数(d₃₃=290 pC/N),并且在300 ℃退火4 h后d₃₃仍能保持在270 pC/N左右,有望在极限工作温度为300 ℃的高温压电器件中获得应用。