BCZT无铅压电陶瓷的助熔烧结和压电性能研究

发布时间：2020-03-30 00:10

【摘要】：铁电压电陶瓷是将电能和机械能进行相互转化的功能陶瓷,应用十分广泛。过去几十年,以PZT为代表的含铅压电陶瓷牢牢占据着压电陶瓷市场,虽然其有优异的性能,但容易对环境造成污染,因此研究高性能无铅压电陶瓷性能具有重大的意义。x(Ba0.7Ca0.3)Ti O3-(1-x)Ba(Zr0.2Ti0.8)O3(简称为x BCT-(1-x)BZT或者BCZT)陶瓷具有优异的电学性能和环保性,但烧结温度过高,成本高,经济效益低是限制其广泛应用的难点。学者们通过多年研究发现,BCZT无铅压电陶瓷在准同型相界附近具有巨压电系数,合适的助烧剂能降低BCZT的最佳烧结温度,并在一定程度上提高BCZT陶瓷的电学性能。本文利用传统固相反应法制备了0.48[(Ba0.7Ca0.3)Ti O3]-0.52[Ba(Zr0.2Ti0.8)O3]陶瓷,探究1350℃-1450℃范围的烧结特性和介电、压电、铁电性能。结果表明,1350℃、1370℃、1430℃、1450℃烧结的样品均为纯的钙钛矿结构,无杂相,1390℃烧结的样品和1410℃烧结的样品有焦绿石相产生。1430℃烧结的样品性能最优:其密度为5.267g/cm3、剩余极化强度为10.24μC/cm2、压电常数(d33)为413 p C/N、逆压电常数为790 pm/V。在此基础上,本文选用Li Nb O3和Na Cl作为助熔烧结剂,探索了不同浓度掺杂对0.48[(Ba0.7Ca0.3)Ti O3]-0.52[Ba(Zr0.2Ti0.8)O3]陶瓷样品烧结特性和电学性能的影响规律。研究发现,0.2wt%的Li Nb O3助烧剂掺杂,能够将BCZT陶瓷体系的最佳烧结温度从1430℃降低到1370℃:此时晶粒生长均匀,密度为5.472 g/cm3、压电系数(d33)为502 p C/N、最大极化强度(Pmax)为16.9μm/cm2、剩余极化强度(Pr)为9.9μm/cm2、矫顽场(Ec)为3.32 k V/cm、逆压电系数(d33*)为837pm/V。0.4wt%的Na Cl助烧剂掺杂,能够将BCZT陶瓷体系的最佳烧结温度从1430℃降低到1410℃:此时晶粒生长均匀,晶粒之间有明显的液相产生,密度为5.472g/cm3、压电系数(d33)为462p C/N、最大极化强度(Pmax)为16.6μm/cm2、剩余极化强度(Pr)为11.2μm/cm2、矫顽场(Ec)为3.28 k V/cm、逆压电系数(d33*)为852 pm/V。
【图文】：

钛酸钡晶体,结构示意图,无铅压电陶瓷,碳酸钡

(a) (b)图 1-1 钛酸钡晶体结构示意图[16]Fig 1-1 The structure diagram of Barium titanate crystalCT-yBZT 无铅压电陶瓷作为现今研究和关注的热点，就是以来的固溶体。酸钡陶瓷的制备：通常是用碳酸钡(BaCO3)和二氧化钛（TiO2）

示意图,示意图,频率常数,陶瓷性能

图 1-2 KNN 陶瓷结构示意图[8]Figure 1-2 The structure diagram of KNN ceramics酸钾钠（KNbO3-NaNbO3，KNN）是 20 世纪 50 年代末发现的二元固有钙钛矿结构，如图 1-2 所示，这是 KNN 陶瓷性能被研究的开端[9]。N 的掺杂改性被研究，也使碱金属铌酸盐陶瓷的性能得到改善[10]。K有以下特征：介电常数较低，压电性能高，频率常数较大，，密度较小
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ174.1

【参考文献】