钛酸钡(BaTiO3)基无铅电致伸缩陶瓷的制备与性能研究

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钙钛矿结构的钛酸钡(BaTiO3)基陶瓷具有优良的压电,热释电和铁电性能,已经广泛应用于多层陶瓷电容器等众多的功能元器件中。在钛酸钡的单晶材料中其应变可以达到1%,而由于滞后性严重限制了其在驱动器、微位移器方面的应用。本论文以BaTiO3为基础,以BaCO3,CaCO3,TiO2和ZrO2为原料,采用传统固相法制备出了0.5Ba(ZrxTi1-x)O3-0.5(Ba0.75Ca0.25)TiO3(x=0.25,0.30,0.35,0.40)无铅电致伸缩材料。首先研究了锆含量变化和烧结温度对0.5Ba(ZrxTi1-x)O3-0.5(Ba0.75Ca0.25)TiO3微观结构、介电性能和电致伸缩性能的影响。其次,由于此体系的烧结温度较高且较难烧成致密度高的产品,因此实验中采用Al2O3-SiO2-CaO系氧化物来达到降低烧结温度的目的,并研究了助烧剂含量对0.5Ba(Zr0.35Ti0.65)O3-0.5(Ba0.75Ca0.25)TiO3物相组成、微观结构、介电性能和电致伸缩性能的影响。通过研究发现,随着锆含量的增加,此体系介电性能表现出明显的弛豫性能,同时铁电相和顺电相的转变温度向室温方向移动,这与已有的研究资料相符;x=0.25、0.30、0.35和0.40在1450°C烧结时对应的最大应变分别为0.156%,0.110%,0.082%和0.071%,电致伸缩系数分别为0.079m4C-2,0.063m4C-2,0.053m4C-2和0.059m4C-2。当取x=0.35时,烧结温度的提高对它的介电常数和介电损耗影响较弱,陶瓷的最大应变和电致伸缩系数都随烧结温度的提高而减小。助烧剂的加入对陶瓷性能影响加大,特别是对其介电性能的影响。在研究助烧剂含量变化对性能影响时发现,在取x=0.35于1200°C烧结时,还不能使其完全烧结,晶粒还来不及长大,致密度差,且XRD衍射还存在第二相物质钡钛硅石Ba2TiSi2O8,但是烧结温度提高后第二相消失;在1250°C烧结时得到的最大应变随助烧剂含量的增加分别为0.042%、0.055%、0.064%和0.055%,电致伸缩系数分别为0.027m4C-2,0.063m4C-2,0.142m4C-2和0.263m4C-2
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