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功能陶瓷作为一类很重要的基础材料,已经广泛用于日常生活的各个领域。传统的PZT陶瓷也因其具有优良的压电性能和成熟的制备工艺而被大量应用。随着人类对环境的重视,新型无铅陶瓷的研发已成为成为一项紧迫而有重大意义的课题。其中BaTiO3(BT)以其优良电性能而受到了越来越多的关注,本文以传统的固相反应法制备了掺杂的钛酸钡复合陶瓷,并研究了陶瓷的相结构,表面形貌,介电和铁电特性。
本文制备了Ba(ZryTi1-y)MnzO3(BZTM,y=0.04,0.045,0.05,0.055,andz=0,0.005)陶瓷。XRD研究表明所有样品是钙钛矿结构,且掺杂不改变其相结构。从介温特性可以看出随着Zr掺入量的增多而居里温度减小,所有的样品都呈现良好的PTC效应,锰的掺杂有效的控制了室温电阻,同时掺杂能改善材料的压电性能。
为了更好地了解掺杂对陶瓷的影响,挑选出性能优越的陶瓷配方,我们制备了Ba(Zr0.06Ti0.94)O3-x mol％Mn(x=0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,1,2)陶瓷。SEM结果表明掺杂能降低晶粒的结合能,使晶粒变小,由介温谱可以看出,Mn的掺杂对材料的居里温度影响不大,但是对介电常数值影响较大,随着掺杂量的增多,介电常数值逐渐下降,当掺杂量为2％时,介电常数下降到最低值4693,而且弥散指数γ也逐渐增大。我们通过对BZT6掺杂当锰掺杂量为x=0.3％～0.4％范围时,压电性能最显著,获得d33值为195～220 pC/N,介电常数εr为7500以上,损耗tanδ低于2％的性能优良压电陶瓷。在铁电性能研究中,通过锰掺杂量0.2％得到了较大的剩余极化强度和较小的矫顽场,而继续掺入锰,当掺杂量为2％时,图像为一个类双滞回线的图谱。我们利用了氧空位的钉扎效应和缺陷偶极子模型对上述现象进行了解释。同时,研究了多铁材料BiFeO3对BZT的掺杂性能改进。