【摘 要】
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随着航空航天、汽车及矿井勘测等领域的发展,对压电材料和器件的高温稳定性提出更严苛的要求。其中改性后的钙钛矿结构Bi Fe O3-Ba Ti O3压电陶瓷,具有良好的高温压电性能和温度稳定性,是极具研究价值和应用潜力的高温无铅压电材料。但高居里温度与高压电性能往往存在矛盾,且烧结过程中铁变价和铋挥发引起的漏电流过大而使性能不理想,因此需要进一步的改性研究。本论文利用低熔点氟化物的助烧及施主和受主掺杂
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随着航空航天、汽车及矿井勘测等领域的发展,对压电材料和器件的高温稳定性提出更严苛的要求。其中改性后的钙钛矿结构Bi Fe O3-Ba Ti O3压电陶瓷,具有良好的高温压电性能和温度稳定性,是极具研究价值和应用潜力的高温无铅压电材料。但高居里温度与高压电性能往往存在矛盾,且烧结过程中铁变价和铋挥发引起的漏电流过大而使性能不理想,因此需要进一步的改性研究。本论文利用低熔点氟化物的助烧及施主和受主掺杂对性能的调控,分别研究了Li F、CuF2、CuF2·2H2O掺杂对0.7Bi Fe O3-0.3Ba Ti O3材料的晶相、显微结构和电学性能的影响,并探讨改性机理。主要研究内容如下:（1）Li F对Mn掺杂0.7Bi Fe O3-0.3Ba Ti O3陶瓷的结构及电性能的影响研究。所制备的陶瓷均为菱方相和四方相共存,Li F掺杂加深菱方畸变,促进烧结和晶粒生长,改善压电性能及其温度稳定性。Li F掺杂显著提高陶瓷的居里温度TC（500→550℃）、退极化温度Td（410→505℃）以及压电常数d33（163→202 p C/N）。添加0.5 mol%Li F极大地拓宽了陶瓷的烧结温度范围,在860～1020℃烧结均保持较高的压电活性。在960℃烧结的陶瓷,其压电性能高于该体系其它相同居里温度的材料。接着在Li F最佳掺杂量0.5 mol%的基础上,研究了Mn O2掺杂的影响。Mn O2增加虽然降低了压电活性,对居里温度的影响不大,但能够降低氧空位浓度,抑制铁变价,从而改善绝缘性能。（2）CuF2掺杂0.7Bi Fe O3-0.3Ba Ti O3陶瓷的结构及电性能研究,并与Cu O掺杂研究的部分性能进行对比。CuF2掺杂促进了伪立方相（PC）向菱方相（R）的转变,当掺杂量低于0.4 mol%时,PC与R相共存。CuF2掺杂不能减少Fe3+变价,但少量掺杂时F-的施主掺杂超过了Cu2+受主掺杂的影响,因而降低了氧空位浓度和电导率。CuF2掺杂加强了铁电性,使居里峰和居里温度显著升高。掺杂量为0.4 mol%时在980℃烧结的陶瓷获得最佳综合性能:d33=236 p C/N,kp=35%,tanδ=4.75%,Qm=26.5,Td=470℃,TC=540℃。除Td稍低以外,CuF2掺杂后陶瓷的其它电学参数均优于Cu O掺杂。（3）CuF2·2H2O掺杂0.7Bi Fe O3-0.3Ba Ti O3陶瓷的结构及电性能研究,并与CuF2掺杂进行对比。CuF2·2H2O与CuF2掺杂在改善烧结、结构变化、性能优化方面具有很多相似,甚至在有些方面如提高致密度、促进晶粒生长更为显著。适量掺杂能够不同程度地提高致密度、压电性能、居里温度以及降低漏电流密度。CuF2·2H2O掺杂0.2 mol%的陶瓷在980℃烧结获得最佳性能:d33=225 p C/N,kp=35%,tanδ=4.44%,Td=470℃,TC=545℃。
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