【摘 要】
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压电陶瓷作为一种可将机械能和电能进行相互转换的重要功能材料,已经在社会经济、国防安全等多个领域得到了广泛应用。随着科学技术的发展,压电陶瓷正在从常规应用转向高温等极端环境下的特殊应用。BiYbO3-Pb(Zr0.48Ti0.52)O3是一种典型的三元系钙钛矿结构铁电体,它相对于传统的二元系PZT具有更高的居里温度（TC=391℃）,有望作为敏感元件应用于工作温度超过200℃的器件之中。然而,该体系
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压电陶瓷作为一种可将机械能和电能进行相互转换的重要功能材料,已经在社会经济、国防安全等多个领域得到了广泛应用。随着科学技术的发展,压电陶瓷正在从常规应用转向高温等极端环境下的特殊应用。BiYbO3-Pb(Zr0.48Ti0.52)O3是一种典型的三元系钙钛矿结构铁电体,它相对于传统的二元系PZT具有更高的居里温度（TC=391℃）,有望作为敏感元件应用于工作温度超过200℃的器件之中。然而,该体系材料的压电性能(d33=238 p C/N)和温度稳定性也有待提高,才能满足高灵敏、高稳定压电器件的应用需求。本论文选择0.06BiYbO3-0.94Pb(Zr0.48Ti0.52)O3（BY-PZT）为基础配方,采用固相反应法制备了BY-PZT基压电陶瓷样品（以下简称BY-PZT陶瓷或样品）,研究掺杂剂类型、浓度以及烧结温度对陶瓷微观结构和电学性能的影响,并借助介电温谱分析、高温谐振-反谐振测试、热退极化实验等手段来表征陶瓷的高温电学性能,揭示三元系钙钛矿结构陶瓷性能的提升机理。本论文主要研究内容如下:1.研究了不同氧化物（La2O3、Ce O2、Cr2O3、Mn O2）掺杂对BY-PZT陶瓷结构和性能的影响。样品均为单一四方相,Cr2O3掺杂的样品晶粒存在异常长大。介电温谱证实四种氧化物掺杂均能提高其介电性能的温度稳定性。交流阻抗谱发现:同一温度下Cr2O3掺杂的样品具有最大的高温阻抗。掺杂La2O3的样品兼具高TC～397℃和高d33～290 p C/N。并且,随着温度的升高,样品的径向谐振频率（fr）和反谐振频率（fa）逐渐靠近。2.研究了La2O3掺杂量（x=0～0.6 wt.%）对BY-PZT-x La陶瓷结构和性能的影响。结果显示:随着x的增加,样品的介电损耗因子（tanδ）和TC逐渐降低。采用修正的居里-外斯定律研究BY-PZT-x La陶瓷在TC以上的介电温度行为,发现其存在弥散相变特征。组分x=0.1具有较高的TC～388℃,最高的d33～320 p C/N,以及接近于其TC的热退极化温度Td～350℃,显示出优异的温度稳定性。3.研究了烧结温度（1040℃～1120℃）对BY–PZT–0.1La陶瓷结构和性能的影响。随着烧结温度的增加,陶瓷的平均晶粒尺寸（Dλ）从1.26μm逐渐增大1.65μm,相对密度和介电常数呈先增大后减小。1100℃烧结的样品最为致密(ρrel=97.75%),且具有优越的电学性能:εr=1300、kp=53.23%、tanδ=2%。
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