La3+、Ce3+掺杂BT-BZ-CT多元陶瓷压电性能的研究

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以BaTiO3-BaZrO3-CaTiO3(BT-BZ-CT)为主晶相的介电陶瓷,具有较高的介电常数,良好的铁电和压电等电学性能。陶瓷试样的组分、稀土离子掺杂可以改善BaTiO3-BaZrO3-CaTiO3陶瓷介温特性及电学性能。采用固相法和溶胶-凝胶法制备BaTiO3-BaZrO3-CaTiO3(BT-BZ-CT)基多元陶瓷,研究了La3+和Ce3+为掺杂剂,研究组分、烧结温度、掺杂离子种类以及掺杂量对试样的晶体结构和微观形貌的影响,探讨了这些因素对试样介电、压电以及铁电等电学性能的影响。研究表明:固相法制备获得的样品比溶胶-凝胶法制备获得的样品结晶度要略高一些,固相法试样介电损耗小且稳定(tanδ介于0.0050.01),液相法试样损耗大(tanδ介于0.010.02)。液相法试样的压电性和铁电性略高于固相法,当x=0.14时,此时固相法试样的压电系数为95 pC/N,剩余极化强度为5.01μc/cm2,矫顽电场为2.81kV/cm,液相法试样的压电系数为132 pC/N,剩余极化强度为5.12μc/cm2,矫顽电场为1.33 kV/cm。小的矫顽场有利于压电陶瓷的极化。烧结温度升高有利于晶粒生长完全,从而提高试样的介电,压电以及铁电性能,但过烧后会使得晶界处析出小晶粒,从而影响试样的电学性能。当烧结温度达到1400oC时,陶瓷试样的晶粒生长完全,试样的介电,压电,铁电等电学性能比较好。La3+和Ce3+的掺杂不同程度的改变了BT-BZ-CT基陶瓷试样原有的晶格结构及微观形貌,从而影响试样的宏观性能。La3+和Ce3+掺杂改性后的BT-BZ-CT基陶瓷试样的介电常数和铁电弥散相变程度升高。掺杂La3+的BT-BZ-CT陶瓷试样的介电常数和和铁电弥散相变程度显著提高,室温下介电常数高达6800。陶瓷试样的压电性由于La3+和Ce3+的掺杂也会提高,掺杂Ce3+的试样的压电系数显著提高其压电系数为249 pC/N。陶瓷试样的铁电性由于La3+和Ce3+的掺杂也会提高,掺杂La3+的式样的剩余极化强度更高为8.3μc/cm2。当La3+和Ce3+的掺杂量超过0.4mol%,陶瓷试样的电学性能逐渐降低,掺杂Ce3+的陶瓷试样的矫顽电场略低于掺杂La3+的陶瓷试样,说明Ce3+的掺杂更有利于陶瓷试样在室温下极化。图54幅;表18个;参66篇。
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