鉍層狀結(jié)構(gòu)無鉛壓電陶瓷的離子取代改性研究.pdf

1、鉍層狀結(jié)構(gòu)無鉛壓電陶瓷具有較高的居里溫度和良好的抗疲勞性能，因此在高溫壓電應(yīng)用及鐵電存儲方面具有廣闊的應(yīng)用前景。但是單一鉍層狀材料具有難以實用化的缺點，因此本文采用生成固溶體和離子取代兩種方法改善材料的電學性能，系統(tǒng)研究了材料的結(jié)構(gòu)特性與介電性能、鐵電及壓電性能的關(guān)系，對制備高性能且實用性的鐵電材料具有一定的指導(dǎo)意義。
　　 本論文采用傳統(tǒng)陶瓷制備工藝，成功制備了(SrBi2Ta2O9)x(Bi3TiTaO9)1-x陶瓷體系。該

2、體系形成了單一正交晶系鉍層狀結(jié)構(gòu)，隨著SBT引入量的增多，晶粒逐漸增大，結(jié)晶度逐步提高，晶粒尺寸趨于一致。當x=0.6mol時，室溫下的介電性能最優(yōu)，此時ε=131.6516，tanδ=0.01273。SBT 含量的增多使晶體中A位加權(quán)離子半徑增大，同時離子極化率減小，因此居里溫度隨之降低(x=0.6，Tc=450℃)。
　　 首次將鈣鈦礦結(jié)構(gòu)與鉍層狀結(jié)構(gòu)固溶制得(BaTiO3)x(SrBi2Ta2O9)1-x(0.05≤x≤0

3、.3)陶瓷。當x≤0.2時為單相鉍層狀結(jié)構(gòu)，當x=0.3時形成了四方相。由掃描電鏡可知，陶瓷樣品形成了鉍層狀結(jié)構(gòu)與鈣鈦礦結(jié)構(gòu)共存的固溶體。室溫下BT-SBT陶瓷的介電常數(shù)在1kHz～100kHz范圍內(nèi)具有頻率穩(wěn)定性，tanδ維持在6.0×10-3數(shù)量級以下。BT-SBT系列陶瓷具有彌散相變和頻率色散特征，同時具有較大的彌散性指數(shù)α(＞1.6)，具有典型弛豫型鐵電體特征。隨著BT含量的增加，陶瓷樣品的居里溫度Tc均為650℃，遠高于BT(

4、Tc=130℃)和SBT (Tc=335℃)的居里溫度。當x=0.1mol時，ε =200，tanδ=0.00376，d33=12pC/N，表現(xiàn)出優(yōu)異的綜合性能。本文還采用了離子取代的方法對鉍層狀結(jié)構(gòu)化合物進行改性研究。選用同主族的Ba2+取代CaBi4Ti4O15中A位的Ca2+，所形成的Ca1-xBaxBi4Ti4O15體系為四層的鉍層狀結(jié)構(gòu)，Ba2+取代減小了正交畸變程度，降低了陶瓷樣品的居里溫度，提高了陶瓷在室溫下的介電和鐵電性