论文部分内容阅读
目前,钛酸钡(BT)压电陶瓷材料作为一种性能优异的压铁电材料,近几十年来其发展迅速已广泛的应用在光、声、电子学等领域。但是钛酸钡陶瓷一直具有居里温度低(Tc值约120℃)、温度稳定性差等缺点,限制了其在室温下的应用。Ba(Zr0.2Ti0.8)O3-(Ba0.7Ca0.3)TiO3(简称BCZT)乍为一种新型二元系钛酸钡基陶瓷材料，在准同型相界(简称MPB)附近显示出很高的压电性能,其压电常数d33能够达到600pC/N,可与铅基陶瓷材料相媲美,然而由于其仍旧存在一系列不尽如人意的缺点,影响着更大范围内的应用。本论文主要研究了利用固相反应法制备的BCZT基无铅压电陶瓷。首先,比较了不同的Ti02原料的差异以及其对BCZT压电陶瓷性能的影响。然后通过设计陶瓷体系和掺杂改性,降低BCZT陶瓷的烧结温度并提高其居里温度,为获得具有良好应用性能的无铅压电陶瓷提供候选材料。其主要结果如下：(1)研究了两种不同晶相结构的Ti02原料对BCZT陶瓷相结构、显微形貌、介电性、压电性和铁电性等的影响。研究结果表明,两种TiO2原料的相结构存在着很大的差别,分别为纯的金红石型结构和纯的锐钛矿型结构。经过1200℃预烧保温4h,1440℃烧结6h后,两种系列的陶瓷样品的综合电性能均达到最佳,由纯金红石型Ti02为原料制成的3CZT陶瓷的电性能为：d33=590pC/N,kp=0.46, Pr=11.18μC/cm2,Ec=2.38kV·cm-1, εr,=2900,εm=14500, tanδ=0.014, Tc=91℃。对干由纯锐钛矿型Ti02为原料制成的BCZT陶瓷的电性能为：d33=392pC/N, kn=0.41, Pr=8.89μC/cm2,Ec=2.46kV·cm-1, εr=2810, εm=11920, tanδ=0.016, Tc=91℃。从晶粒尺寸和电性能等方面来看,采用纯金红石型的Ti02原料所制备的BCZT压电陶瓷具有较高的综合性能。(2)以Ca0.28Ba0.72Nb2O6为添加剂,采用传统固相法和二步烧结技术制备BCZT-xwt.%CBN无铅压电陶瓷粉体。研究了不同烧结温度和不同CBN含量对BCZT陶瓷的相结构、显微形貌以及电性能方面的影响。研究结果表明：在BCZT中引入少量的CBN后,陶瓷的居里温度升高到98℃,并且保持了较好的电学性能,说明添加适量的CBN可以提高陶瓷的居里温度,同时经过掺杂后的所有陶瓷样品均获得了纯的钙钛矿相。当含量为0.2wt.%时,陶瓷晶粒均匀而饱满,晶界清晰并且密度最大,并且获得较佳的电学性能,性能如下：d33=560pC/N,tanδ=0.019, εr=3724, TC=98℃,εm=21215, Pr=10.12μC/cm2, Ec=1.62kV·cm-1。(3)以ZnO作为烧结助熔剂,采用传统固相法在1350℃烧结制备BCZT-xwt.%ZnO无铅压电陶瓷。研究了不同烧结温度和不同ZnO含量对瓷的相结构、显微形貌以及电性能方面的影响。研究结果表明：在BCZT BCZT陶中引入少量的ZnO后,陶瓷的烧结温度从1440℃降低到1350℃,并且保持了良好的电学性能,同时所有样品均获得了纯的钙钛矿相,当含量为0.1wt.%时,陶瓷晶粒均匀而饱满,晶界清晰且密度最大,并且获得最佳的电学性能,性能如下：d22=649pC/N, kp-0.56, tanδ0.019,εr,=3498,εm=17721, Tc=96℃,Pr=8.43uC/cm2,Ec=2.37kV·cm-1,为实际应用提供了一个性能优良的BCZT基无铅压电陶瓷的候选材料。