钙钛矿结构无铅压电陶瓷的研究进展

随着人们环境保护意识的不断提升,无铅压电陶瓷的研究与应用已成为压电陶瓷发展的必然趋向。本文主要介绍了钙钛矿结构无铅压电陶瓷的三大体系,包括钛酸铋钠基无铅压电陶瓷、碱金属铌酸盐基无铅压电陶瓷和钛酸钡基无铅压电陶瓷,分析比较了其性能及研究进展,并对未来发展趋势做了展望。     

无铅压电陶瓷（Sr2-xCax）2Bi4Ti5O18制备及其压电性能研究

采用固相合成法制备了铋层状无铅压电陶瓷Sr2-xCaxBi4Ti5O18（SCBT）（0≤x≤0.2）.利用XRD对900℃合成出的粉体进行了表征,结果显示粉体相结构是Aurivillius结构相.通过SEM形貌分析可以看出1160℃保温2h烧结出的陶瓷为片状结构.研究结果表明SCBT陶瓷的居里温度、矫顽场随钙含量的增加而增加.     

烧结温度对(Bi0.94Na0.89Li0.05)0.5Ba0.06TiO3压电陶瓷电性能和微观结构的影响

本文采用传统固相反应法制备(Bi_0.94Na_0.89Li_0.05)_0.5Ba_0.06TiO₃(缩写为BNLBT)压电陶瓷。同时,研究不同烧结温度对BNLBT陶瓷体密度、相结构、显微结构、压电性能和介电性能的影响。XRD和扫描电镜显示,所有的BNLBT陶瓷样品均形成了三方、四方固溶体,有较高的体密度。1 120℃烧结的陶瓷,体密度达到极值,此时陶瓷样品有很好的电性能(介电常数εr=810,压电常数d33=128 pC/N,平面机电耦合系数kp=0.30)。     

(Bi_(0.94)(Na_(0.94-x)Li_x))_(0.5)Ba_(0.06)TiO_3系无铅压电陶瓷极化工艺研究

采用传统陶瓷工艺合成了(Bi_(0.94)(Na_(0.94-x)Li_x))_(0.5)Ba_(0.06)TiO_3(缩写为BNBT6-5L)非铅压电陶瓷。本文主要研究该陶瓷样品的极化工艺。结果表明:陶瓷的电性能对极化电场强度和极化温度的依赖性较大,而对极化时间的依赖性较小;最佳的极化时间是15min,极化温度是80℃,极化电场是3.5k V/mm。     

BZT复合对BNT-BT陶瓷铁电性能和退极化温度的影响

钛酸铋钠（BNT）体系作为一种潜在的无铅压电陶瓷材料受到广泛关注,但钛酸铋钠的退极化温度过低限制了其发展前景。笔者通过在钛酸铋钠-钛酸钡（BNT-BT）中引入锆钛酸钡（BZT）的方法,利用锆钛酸钡的高极化强度的特点,提高了钛酸铋钠-钛酸钡的退极化温度。研究发现,随着BZT质量分数的增加,BNT-BT经历了铁电-弛豫铁电-铁电-弛豫铁电的转变,当BZT质量分数为15%时,由于BZT的高极化特性,BZT电畴的定向诱导或阻碍了BNT-BT电畴的翻转,重新建立起已被破坏的压电陶瓷的长程有序性,表现出明显的铁电相,压电常数也在退极化温度为100℃时达到了110 pC/N,且退极化温度由80℃提高到100℃。     

双层KNN基陶瓷的制备和性能研究

利用传统的固相反应法制备了单层和双层KNN基无铅压电陶瓷．用X射线衍射和扫描电子显微镜研究了样品的相结构和晶粒分布．研究结果表明,双层陶瓷的两种组元在界面处匹配完好．与单层陶瓷相比,由于双层陶瓷中两种成分高温下在界面处相互扩散乖渗透,因此双层陶瓷表现出较高的致密度,较大的压电常数和剩余极化强度．该制备方法对于进一步提高KNN基陶瓷的压电性能具有重要意义．     

(0.94-y)Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3-0.06BaTiO_3-yBiFeO_3陶瓷的制备与性能

利用传统工艺制备了(0.94-y)Na0.5Bi0.5Ti O3-0.06Ba Ti O3-y Bi Fe O3无铅压电陶瓷。研究了在Ba Ti O3定量的情况下,Bi Fe O3对陶瓷的热学性质、结构、介电性能及铁电性能的影响。实验结果表明,陶瓷粉料在700℃左右合成反应基本完成,得到了较适宜的烧结温度;所制备的陶瓷均为单一的钙钛矿结构;Bi Fe O3的掺杂量为0.02时,陶瓷样品的机电耦合系数Kp、机械品质因数Qm都取得最大值,此时介点损耗tanδ(10k Hz)也比较低。     

锆元素修饰钛酸铋钠压电陶瓷的研究

在实验条件下,利用溶胶-凝胶方法合成了钛酸铋钠基Zrx(Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06Ti1-xO3无铅压电陶瓷粉体。研究了锆元素取代量(x=0.05,0.1,0.2)对材料性能的影响。X射线衍射分析及对合成粉体进行SEM分析表明,所研究的组成均能形成目的物。烧结温度在600～700℃制得的粉体具有钙钛矿压电陶瓷结构。对合成的陶瓷材料进行的杂化研究表明,微量锆元素的引入有助于改善其压电性能,当x=0.05,在650℃焙烧2h,1150℃保温2h烧成的压电陶瓷材料性能优良,d33最高可达216PC/N,居里温度为289℃,机电耦合系数kp为40%,机械质量因子Qm达到140,介电损耗tgδ为0.021。     

烧结温度对钛酸锶铋陶瓷结构和性能的影响

使用溶胶-凝胶法制备了SrBiTi4O15陶瓷,并给出了各烧结温度下样品的电学性能,研究结果表明烧结温度为1100℃时材料的电学性能较好.