BZT-xBCT体系无铅压电陶瓷的制备及其性能研究

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压电材料作为一种机械能和电能相互转换的功能材料,已被广泛应用于家用电器、工业产品、航空航天等领域。目前,所使用的压电材料主要是以压电性能优越的锆钛酸铅基压电陶瓷为主。但由于铅基压电陶瓷在制备过程中存在着铅挥发,对生态坏境和人类健康有着严重的危害。因此,环境友好型无铅压电材料的研究开发成为迫在眉睫的任务。任晓兵提出了“基于三重临界点的准同型相界”新理论,并依据该理论设计了 Ba(Ti0.8Zr0.2)O3-x(Ba0.7Ca0.3)TiO3(简称BZT-xBCT)无铅压电陶瓷,发现在准同型相界附近具有非常高的压电性能。本论文采用传统固相反应法制备Ba(Ti0.8Zr0.2)O3-x(Ba0.7Ca0.3)TiO体系无铅压电陶瓷,并从成分设计、烧结工艺、掺杂改性等方面对材料的显微结构和电学性能的影响进行系统的研究。  采用传统固相反应法成功制备出高压电性能的 Ba(Ti0.8Zr0.2)O3-55(Ba0.7Ca0.3)TiO3无铅压电陶瓷,研究了预烧温度和烧结温度对其相结构、微观结构和电性能的影响。结果表明:预烧温度为1250℃,烧结温度为1520℃时,陶瓷具有良好的综合性能。其性能为:d33=465pC/N, kp=49.3%,Pr=12μC/cm2,Ps=20.6μC/cm2。  研究BiScO3的不同掺杂量对BZT-55BCT压电陶瓷的居里温度Tc和电性能的影响。结果表明:居里温度Tc随着BiScO3含量的增加而降低;微量的掺杂对BZT-55BCT陶瓷的压电性能有一定的提高,但过多掺杂会恶化陶瓷的性能。当BiScO3含量为0.25mol%时,陶瓷样品展现出最佳的综合性能:d33=390pC/N,kp=48.0%,Qm=154,εr=2803,tanδ=0.016,Pr=10μc/cm2。  采用传统固相反应法成功制备了单一钙钛矿结构的(1-x)BCZT-xBF无铅压电陶瓷,研究了BiFeO3含量对其相结构、微观结构、居里温度Tc和电性能的影响。结果表明:0.7
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