BNBKT系无铅压电陶瓷的组成设计与性能研究

文章运用准同型相界线性叠加原理,设计了无铅压电陶瓷三元体系(1-x)(0.968Bi0.5Na0.5TiO3-0.032BaTiO3)-xBi0.5K0.5TiO3(简称BNBKT100x),采用传统压电陶瓷固相合成法制备BNBKT100x样品,XRD结果表明,所制备的陶瓷样品为纯的钙钛矿相,其准同型相界在0.08x0.10范围内;详细研究了BNBKT100x样品在准同型相界附近的介电、压电性能和介电弛豫特性。BNBKT100x三元体系无铅压电陶瓷在整个实验组分范围内均为弛豫铁电体,最好的电性能出现在准同型相界附近的组成BNBKT9,其介电和压电性能参数为d33=162 pC/N,kp=31%,3Tε3=2 080,tanδ=4%,Qm=119。     

(1-x)Pb(Sc_(0.5)Ta_(0.5))O_3-xPbTiO_3弛豫铁电陶瓷介电和压电性能的研究

采用氧化物混合烧结法,在烧结温度为1250℃的条件下,制备了(1-x)Pb(Sc0.5Ta0.5)O3-xPbTi O3弛豫铁电陶瓷,并对其压电性能和介电性能进行了研究.发现在x=0.45时,(1-x)Pb(Sc0.5Ta0.5)O3-xPbTi O3弛豫铁电陶瓷体系具有较好的压电性能和介电性能,实验结果表明该体系的准同型相界应该在x=0.45附近.     

铌镁(锌)酸铅-钛酸铅弛豫铁电单晶研究进展

在最近十几年中,新型弛豫型铁电单晶铌镁酸铅-钛酸铅和铌锌酸铅-钛酸铅受到了广泛的关注。这是由于这种新型的弛豫型铁电单晶和传统的压电材料相比较,在准同型相界附近表现出良好的压电、介电与电致伸缩性能。文章介绍了铌镁(锌)酸铅-钛酸铅系列单晶的基本性质,国内外在该晶体制备及晶体性能相关领域的研究进展。     

优化的B位离子氧化物共烧法制备钙钛矿结构的PYN-PZN-PT三元铁电陶瓷

通过优化B位离子氧化物共烧方法,成功制备出具有纯钙钛矿结构的Pb(Yb1/2Nb1/2)O3-Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PYN-PZN-PT)三元铁电固溶体陶瓷,有效地抑制PZN基陶瓷制备过程中烧绿石相的形成.选取(0.48-x)PYN-0.52PZN-xPT(x=0.24~0.28),对三元体系的相结构、铁电、压电和介电性能进行了研究.结果表明:烧结得到的陶瓷致密均匀无杂相,晶粒尺寸2~4μm;随着PT含量的增加,物相经历了从三方相到三方和四方相共存的准同型相界(MPB)、再到四方相的结构演变;MPB附近的组分具有优异的性能,性能最好的组分是0.21PYN-0.52PZN-0.27PT,其压电系数d33=550pC/N,室温介电常数ε′=2 070,矫顽场Ec=19.9kV/cm,居里温度TC=260℃;陶瓷样品的介电温谱表现出介电弥散以及介电峰的展宽等类弛豫体的特点.     

Zr含量对大功率0.125PMN 0.875PZT陶瓷压电性能的影响

采用二次合成法制备不同zr含量（x=0.46～0.52）的0.125 Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-0.875PbZr_xTi_1-xO₃（0.125PMN-0.875PZT）三元压电陶瓷。采用x线衍射仪（XRD）、阻抗分析仪等对陶瓷进行表征和性能测试,考察了Zr含量变化对陶瓷烧结相结构、体积密度、介电和压电性能的影响。结果表明:采用二次合成法,制备了纯钙钛矿相结构的陶瓷;当x=0.48～0.50时,0.125PMN-0.875PZT陶瓷处于四方一三方准同型相界（MPB）.在x=0.49时制备的0.125PMN-0.875PZT陶瓷性能最佳,体积密度为7.84 g/cm³,介电损耗低至0.76%,相对介电常数为2 130,压电常数为:320 pC/N,机电耦合系数达0.61,机械品质因数为76。     

优化的B位离子氧化物共烧法制备钙钛矿结构的PYN—PZN—PT三元铁电陶瓷

通过优化B位离子氧化物共烧方法,成功制备出具有纯钙钛矿结构的Pb（Yb1/2Nb1／2）O3-Pb（Zn1／3Nb2／3）O3—PbTiO3（PYN-PZN-PT）三元铁电固溶体陶瓷,有效地抑制PZN基陶瓷制备过程中烧绿石相的形成．选取（0．48-x）PYN-0．52PZN-xPT（x=0．24～0．28）,对三元体系的相结构、铁电、压电和介电性能进行了研究．结果表明：烧结得到的陶瓷致密均匀无杂相,晶粒尺寸2～4μm;随着PT含量的增加,物相经历了从三方相到三方和四方相共存的准同型相界（MPB）、再到四方相的结构演变;MPB附近的组分具有优异的性能,性能最好的组分是0．21PYN-0．52PZN-0．27PT,其压电系数d33—550pC／N,室温介电常数ε′=2070,矫顽场Ec=19．9kV／cm,居里温度Tc=260℃;陶瓷样品的介电温谱表现出介电弥散以及介电峰的展宽等类弛豫体的特点．     

PZNT晶体压电性能及其与成分的依赖关系

(1-x)PbZn1/3Nb2/3O3-xPbTi O3(PZNT)晶体是弛豫铁电体PbZn1/3Nb2/3O3(PZN)与普通铁电体PbTi O3(PT)在0≤x≤0.2内形成的固溶体.钙钛矿结构的PZNT晶体具有优异的压电性能,在声纳、微位移器、医用超声成像等领域具有广阔的应用前景.作者分析了PZNT单晶压电性能对晶体组分的依赖关系,讨论了不同生长工艺对晶体性能的影响,解释了PZNT单晶在准同型相界附近具有优异性能的原因.     

(Bi0.5 Na0.5)TiO3-BaTiO3系陶瓷的介电弛豫性能

采用传统压电陶瓷固相合成法制得了纯钙钛矿相的(1-x)(Bi0 5Na0.5)TiO3-xBaTiO3(J=0．02,0．04,0．06,0．08,0．10)(简写作BNBT)系无铅压电陶瓷研究了1kHz条件下室温到400℃的温度范围内BNBT试样的介电温谱以及3种不同频率下(1、10、100kHz)BNBT-6试样的介电温谱,发现材料在研究组成范围内均为弛豫型铁电体。采用HRTEM研究了该系统的畴结构,表明BNBT钙钛矿结构铁电体的介电性能与复合离子的有序无序排列密切相关,纳米尺度有序微畴对介电弛豫起着重要作用。     

锆钛酸铅多晶材料的FR（LT）—FR（HT）相变及其热释电性质

本文研究了用共沉淀技术制备的PZT四种菱方相组分的均匀单相多晶体的介电特性和热释电特性。实验发现。菱方—菱方相变点的极化强度的异常变化是材料组成的函数。从组成PZT90/10和PZT94/6多晶体样品上可观察到介电系数、极化强度和热释电系数随温度发生的异常变化。但对于菱方组分PZT60/40和70/30却只能观察到热释电性质的异常变化。该二组分多晶体的相转变温度范围十分宽。文中引进铁电唯象理论描述了F_(R(LT))—F_(R(HT))相变行为。     

PSN-PZN-PZT四元系压电陶瓷的研究

采用传统的固相烧结方法制备了Pb(Sn1/3Nb2/3)O3-Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbZrO3-PbTiO3(PSN-PZN-PZT)四元系压电陶瓷,并通过添加MnO2、Sb2O3和SrCO3、BaCO3以提高材料的性能.通过X射线衍射(XRD)对合成后材料的物相进行了分析,用扫描电子显微镜(SEM)观察了样品表面的显微结构,并且讨论了Sr质量分数对材料介电、压电性能及温度稳定性的影响.实验结果表明:Sr2 部分置换Pb2 使得准同型相界向富Zr方移动,降低了居里温度,增大了介电半高宽值;当xSr取值范围0.02~0.04时,经960℃、126 0℃的烧结,系统的综合性能最佳.     

锶取代PZN-PMN-PT陶瓷的介电、压电性能研究

ＰＺＮＰＭＮＰＴ陶瓷在准同型相界具有良好的介电、压电性能．加入锶后,介电、压电性能有明显提高,居里点降低,同时三方相、四方相含量发生变化,使相界发生移动;在锶的摩尔分数为３％～５％时,压电性能最好．烧结后的样品经８５０℃退火处理后,样品的介电、压电性能均有大幅度提高,得到了压电系数ｄ３３高达６８０ｐＣ／Ｎ,ｄ３３达到－２８３ｐＣ／Ｎ,机电耦合系数ｋｐ达到５５％,ｋ３１达到３１％,峰值介电常数εｍ约为２５万的压电陶瓷     

(1-x)PST-xPZT铁电弛豫陶瓷的压电与热释电性能研究

利用先驱体法(简称两步法)合成了(1-x)PST-xPZT(0.1≤x≤0.5)(简称为PSTZT)驰豫铁电陶瓷.用XRD对PSTZT弛豫铁电陶瓷的相结构进行了表征.结果表明用两步法制备的所有PSTZT样品中均无焦绿石相存在.其钙钛矿相成分随烧结温度升高而增加.PSTZT陶瓷的温度峰值介电常数可以达到约20000.PSTZT陶瓷在室温附近的热释电系数为(3-6)×10-8C/(cm2·K),讨论了PSTZT陶瓷的压电性能与掺杂PZT组分之间的关系.     

(Bi0.95Na0.75K0.2-xLix)0.5Ba0.05TiO3无铅压电陶瓷性质研究

采用溶胶-凝胶法制备了(Bi0.95Na0.75K0.2-xLix)0.5Ba0.05TiO3(NBT-KBT-BT xLi)微粉,并利用此微粉烧结出高密度无铅压电陶瓷.研究了陶瓷表面的显微结构,发现陶瓷主要组成为钙钛矿相结构,Li 的引入使陶瓷中产生呈针状的第二相.介电温谱表明该系列陶瓷是典型的弛豫型铁电体,居里温度在330℃附近.测量NBT-KBT-BT xLi陶瓷的压电常数,发现当x=0.05时,样品的压电常数d33高达197 pC/N,机电耦合系数kt为0.33,损耗tanδ为0.05,相对电容率rε为789.     

BNT-BKT-BiCrO3压电陶瓷的压电性能和退极化温度

采用传统陶瓷制备方法,制备了一种新型无铅压电陶瓷材料(1-x-y)Bi0·5Na0·5TiO3-xBi0·5K0·5TiO3-yBiCrO3(简写为BNT-BKT-BC-x/y).研究了该体系陶瓷微观结构、压电性能和退极化温度的变化规律.结果表明:除x=0·18、y=0·025的组成析出第2相外,其他组成陶瓷均能够形成纯钙钛矿固溶体,陶瓷三方、四方共存的准同型相界(MPB)成分范围为x=0·18~0·21,y=0~0·02.在准同型相界成分附近该体系陶瓷压电性能达到最大值:d33=168pC·N-1,kp=0·326.采用平面机电耦合系数kp和极化相位角θmax与温度的关系确定的退极化温度基本相同,陶瓷的退极化温度随BC含量的增加一直降低,随BKT含量的增加先降低后升高.     

准同型相界处BNBT无铅压电陶瓷的研究

探索了准同型相界处BNT—BT（简称BNBT）二元体系无铅压电陶瓷的制备工艺及制备条件。采用XRD、SEM等测试技术,分析了制备工艺和制备条件对准同型相界处BNBT压电陶瓷晶体的微观结构、压电性能、介电性能等的影响,从而确定出最佳的制备工艺和制备条件。利用谐振-反谐振法得出最佳制备条件下制备的BNBT无铅压电陶瓷的介电性、压电性分别为：d33=120pC／N,εr=626,kp=20．34％,Qm=205．34。     

Sb对Li掺杂的KNN无铅压电陶瓷性质的影响

采用传统工艺制备了无铅压电陶瓷(Na0.5K0.45Li0.05)SbxNb1-xO3,研究了Sb掺杂对其压电、铁电、介电等性质的影响.实验结果表明,样品的居里点(Tc)、正交-四方相变温度(TT-O)均随Sb含量的增加而降低,掺杂7 mol%Sb时,样品的居里点从454℃降至345℃,TT-O从100℃降至室温以下.Sb5+的引入限制了晶粒的生长,但提高了样品的致密度,从而提高了样品的压电、铁电性能.组分为(Na0.5K0.45Li0.05)Sb0.05Nb0.95O3的样品具有较为优异的性能:d33=241 pC/N,Qm=50,kp=38.3%,d31=-83 pC/N,g31=-0.08 Vm/N,Pr=17 μC/cm2,同时,该组分样品表现最"软",具有相对最高的弹性柔顺常数S11E=14.2.     

准同型相界内KNN-LS-BF无铅压电陶瓷的烧结与压电性能

采用传统的陶瓷工艺制备成分处于准同型相界(MPB)内的无铅压电陶瓷0.956K0.5Na0.5NbO3-0.004BiFeO3-0.04LiSbO3(0.956KNN-0.004BF-0.04LS),研究烧结温度对陶瓷的结构与压电、介电性能和相变温度的影响.研究结果表明:所有样品均为单一的钙钛矿结构;在1100℃以下烧结的样品的相结构均呈现明显的正交相与四方相共存的特征,同时略偏向四方相区;适当的烧结温度的提高,能促进陶瓷的致密化;随着烧结温度的升高,陶瓷的压电性能先显著提高后降低,陶瓷的介电损耗先降低后提高,但对正交相与四方相转变温度(θ0-1)和居里温度(θc)的影响比较小;当烧结温度为1100℃时,陶瓷具有最好的压电与介电性能,其压电常数(d33)高达297 pC/N,机电耦合系数(kp)高达54％,居里温度为355℃,tanδ为2.6％,这表明0.956KNN-0.004BF-0.04LS无铅压电陶瓷具有广阔的应用前景.     

准同型相界钛酸铋钠基无铅铁电薄膜的制备及其性能研究

发展环境友好的传感器、存贮器及换能器用铁电与压电薄膜是当前的研究热点之一．采用脉冲激光沉积（PLD）的方法,通过优化制备工艺,引入La0.6Sr0．4CoO3（LSCO）作为缓冲层,在Pt／Ti／SiO2／Si衬底上制备了准同型相界组分掺杂微量Mn元素的Bi0.5Na0.5TiO3-BaTiO3 34薄膜,并对其相结构、微观形貌、铁电、介电等性能进行了研究．结果表明：该薄膜具有纯钙钛矿结构,结构致密,显示出良好的电性能,其中剩余极化可达到1．15×10-1C·m^-2,1kHz下薄膜的相对介电常数约1000．     

等静压和温度作用下Pb(Zr,Sn,Ti)O3陶瓷的介电性能研究

对反铁电-铁电相界附近的Nb掺杂Pb(Zr,Sn,Ti)O3陶瓷，采用2GPa等静压装置测试了其在不同等静压力下的介电温度性能，分析了各种介电异常，发现了精细的相变特性，指出随着温度升高，在较低的等静压范围内发生反铁电-铁电-顺电相变，而在较高的等静压范围内发生反铁电-顺电相变，其中，铁电相分为微弱频率弥散的弛豫型铁电相和正常铁电相两个不同的介电性能区域，最后，得到了该组分材料的温度-等静压相图。     

B位复合离子取代对Na1/2Bi1/2TiO3无铅压电陶瓷介电特性的影响

采用传统陶瓷制备方法,制备无铅新压电陶瓷材料(1-x)Na1/2Bi1/2TiO3-xNa1/2Bi1/2(Sb1/2Nb1/2)O3.利用X射线衍射,精密阻抗分析仪研究Na1/2Bi1/2TiO3陶瓷B位复合离子(Sb1/2Nb1/2)4+取代对晶体结构、弥散相变与介电弛豫行为的影响,并根据宏畴-微畴转变理论探讨该体系陶瓷产生介电弛豫的机理.研究结果表明,在所研究的组成范围内,陶瓷材料均能够形成纯钙钛矿固溶体.该体系陶瓷具有2个介电反常峰tf和tm,表现出与典型弛豫铁电体明显不同的弛豫行为,掺杂量低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,而掺杂量高的陶瓷材料在室温和tf之间都表现出明显的频率依赖性.