鈦酸鋇基BZT-BCT電致伸縮陶瓷的制備與性能研究.pdf

1、基于鈦酸鋇基BZT-BCT陶瓷優(yōu)良的壓電、介電和鐵電性能,選擇0.5Ba(ZrxTi1-x)O3-0.5(Ca0.25Ba0.75)TiO3,其中x=0.15,0.20,0.25,0.30,0.325,0.35,0.375和0.40作為研究對象,在以往研究基礎(chǔ)上延伸研究該體系的電致伸縮性能,以期改變含鉛電致伸縮材料占主導(dǎo)的現(xiàn)狀,為無鉛電致伸縮材料的發(fā)展提供理論和現(xiàn)實(shí)依據(jù)。本文首先研究了Zr4+含量對體系相結(jié)構(gòu)、顯微形貌、介電性能和電致伸

2、縮性能的影響;其次,為了增加陶瓷材料的致密度,增大介電常數(shù)進(jìn)而改善其電致伸縮性能對配方0.5Ba(ZrxTi1-x)O3-0.5(Ca0.25Ba0.75)TiO3進(jìn)行不同含量 Mn4+以及(Mn1/3Nb2/3)和(Mn1/3Sb2/3)的摻雜改性,討論分析了摻雜對BZT-BCT陶瓷相組成、表面形貌、介電性能和電致伸縮性能的影響;最后,鑒于BZT-BCT較高的燒結(jié)溫度帶來資源浪費(fèi)和成本增加,利用液相燒結(jié)原理采用BN對該體系進(jìn)行降燒處理

3、,討論了降燒對陶瓷性能的影響。
　　研究發(fā)現(xiàn):1200℃比1150℃時(shí)合成的粉料更充分,陶瓷晶粒更完整規(guī)則,介電性能更優(yōu);Ca2+含量的變化對陶瓷性能的影響作用較小,居里溫度(Tm)隨著Ca2+含量變化并不明顯;
　　配方0.5Ba(Ti1-xZrx)O3-0.5(Ba0.75Ca0.25)TiO3(其中x=0.15,0.20,0.25,0.30,0.325,0.35,0.375,0.40)隨著Zr4+含量的增加,相組成發(fā)生

4、了變化,x=0.15時(shí)為四方相,x=0.20、0.25時(shí)為雙相共存狀態(tài),x≥0.30室溫相組成為立方相為主;陶瓷晶粒尺寸先減小后增大;特征溫度(Tm)隨著Zr4+含量的增加趨于降低;1kHz頻率室溫狀態(tài)下最大電場為44kV/cm時(shí)的最大電致應(yīng)變(Smax)隨著Zr4+含量的增加呈現(xiàn)減小的趨勢,在 x=0.15時(shí)達(dá)到最大為0.162％;0.5Ba(Ti1-xZrx)O3-0.5(Ba0.75Ca0.25)TiO3,其中 x=0.325,0

5、.35,0.375,0.40的弛豫性隨著鋯含量的變化用表征材料弛豫程度的γ表示,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明隨著鋯含量的增加陶瓷的弛豫性是增加的;
　　陶瓷0.5Ba(Ti0.65Zr0.35)O3-0.5(Ba0.75Ca0.25)TiO3-yMn,其中y=0.15%,0.25%,0.5%和1.0%,隨著Mn4+的增加陶瓷的晶粒尺寸增加,致密度增加;室溫介電常數(shù)先增加后降低,在y=0.5%時(shí)達(dá)到最大,介電損耗先降低后增加,在y=0.5%時(shí)達(dá)到極

6、小值;與未摻錳的試樣(Smax=0.087%)相比,相同測試條件下,摻錳試樣的室溫最大電致應(yīng)變并未有大幅度改善;(Mn1/3Nb2/3)和(Mn1/3Sb2/3)摻雜后的BZT-BCT陶瓷的室溫介電常數(shù)都有所增加,特征溫度有所降低,相同條件下的最大電致應(yīng)變也減小;
　　加入BN對陶瓷具有降燒作用,最低溫度可燒到1175℃,但介電性能有所惡化,室溫介電常數(shù)隨著燒結(jié)溫度的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢,在1250℃時(shí)達(dá)到最高,約為8500