BCZT基無鉛壓電陶瓷摻雜改性后組織與性能的研究.pdf

1、(Ba,Ca)(Zr,Ti)O3(簡稱BCZT)基無鉛壓電陶瓷是通過BT基的A、B位離子復(fù)合取代而得，是一種性能優(yōu)異的壓電鐵電材料。為了獲得BCZT基無鉛壓電陶瓷優(yōu)良的電性能，本論文以(Ba0.85Ca0.15)(Ti0.9Zr0.1)O3無鉛壓電陶瓷為基體，采用傳統(tǒng)固相燒結(jié)法，以SnO2，Bi2O3、TbDyFe、Li2 CO3為摻雜物，制備了BCZT基無鉛壓電陶瓷，研究了摻雜對無鉛壓電陶瓷的顯微組織、相結(jié)構(gòu)和電性能的影響。研究結(jié)果如

2、下：
　　(1)研究了SnO2摻雜量對(Ba0.85Ca0.15)(Ti0.9Zr0.1-xSnx)O3(x=0.02,0.04,0.06,0.08mol)(簡稱 BCZT-Sx)無鉛壓電陶瓷的相結(jié)構(gòu)、電學(xué)性能及介電弛豫行為的影響。結(jié)果表明：所有樣品均為純的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。在室溫附近存在三方相-四方相的轉(zhuǎn)變溫度TR-T。隨著SnO2摻雜量的增加，TR-T和居里溫度Tc均向低溫方向移動。陶瓷的彌散系數(shù)γ=1.76，具有典型的彌散相變特征

3、與介電弛豫行為。當(dāng)x=0.02 mol時，BCZT-Sx樣品具有最佳的電性能：壓電常數(shù)d33=553 pC/N，機電耦合系數(shù)kp=49％，相對介電常數(shù)εr~6045(1 kHz)，介電損耗tanδ~1.7%(1 kHz)，剩余極化強度Pr=5.45μC/cm2，矯頑場Ec=2.2 kV/cm；
　　(2)研究了Bi2O3摻雜量對(Ba0.85Ca0.15)(Ti0.9Zr0.08Sn0.02)O3-xBi2O3(x=0,0.02,

4、0.04,0.06,0.08wt.%)(簡稱BCZTS-xBi)無鉛壓電陶瓷的顯微組織、相結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：所有組分均出現(xiàn)純的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)衍射峰。隨著Bi2O3摻雜量的增加，陶瓷樣品的晶粒細(xì)化，組織較均勻。由介電溫譜可知，摻雜Bi2O3后能提高BCZTS無鉛壓電陶瓷的居里溫度。當(dāng)x=0.02 wt.%時，BCZTS-xBi樣品具有最佳的電性能：壓電常數(shù)d33=430 pC/N，機電耦合系數(shù)kp=41%，相對介電常數(shù)εr~38

5、44(1 kHz)，介電損耗tanδ~1.8%(1 kHz)，剩余極化強度Pr=6.67μC/cm2，矯頑場Ec=3.65 kV/cm；
　　(3)研究了 TbDyFe摻雜量對(Ba0.85Ca0.15)(Ti0.9Zr0.08Sn0.02)O3-xTbDyFe(x=0.1,0.2,0.3,0.4 wt.%)(簡稱BCZTS-xTbDyFe)無鉛壓電陶瓷的微觀組織、相結(jié)構(gòu)和電性能的影響。結(jié)果表明：TbDyFe摻雜(Ba0.85Ca

6、0.15)(Ti0.9Zr0.08Sn0.02)O3無鉛壓電陶瓷后均形成了典型的ABO3型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)固溶體；所有樣品顯微組織較均勻，晶界基本無孔洞。摻雜TbDyFe后降低了BCZTS無鉛壓電陶瓷的居里溫度。當(dāng)x=0.1 wt.%時，BCZTS-xTbDyFe樣品具有最佳的電性能： d33=500 pC/N，kp=40%，εr~5955，tanδ~1.9%，Pr=6.6μC/cm2，Ec=2 kV/cm。
　　(4)研究了Li2 C

7、O3摻雜量對0.5Ba(Zr0.2Ti0.8)O3-0.5(Ba0.7Ca0.3)TiO3-x Li2 CO3(x=0.5,1,2和3 wt.%)(簡稱BCZT-xLi)無鉛壓電陶瓷的顯微組織、相結(jié)構(gòu)和電性能的影響。結(jié)果表明：當(dāng)x≤2 wt.%時，所有樣品均形成了純的ABO3型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)；當(dāng)x>2 wt.%時，有新相生成，說明Li2CO3摻雜量已經(jīng)超過BCZT固溶度極限。由樣品SEM可知，所有樣品顯微組織較均勻，晶界清晰，晶界處有少量的