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BMT-PT基压电陶瓷的研究

刘涛  
【摘要】: 本实验通过传统的固相合成法制备了(1-x)Bi(Mg_(1/2)Ti_(1/2))O_3–xPbTiO_3体系压电陶瓷,通过X射线衍射(XRD)物相分析,扫描电子显微镜(SEM)显微结构观察,压电、介电等机电性能分析,讨论了该体系准同型相界附近的性质,Mg/Ti比的影响,极化条件的选择以及MnO_2掺杂的影响。 通过研究PT含量对体系的影响,得到准同型相界在一个较宽的范围内,随着PT含量的增加,体系的c/a增大,由三方相逐渐向四方相转变,介电峰逐渐右移,这说明居里温度逐渐升高。在x=0.4,烧结温度为1025℃并保温2h时,d_(33)=196pC/N,K_p=29.5%,ε~T_(33)/ε_0=1006,tanδ=4.3%,Tc=480℃,此处材料的综合性能最佳。 在0.6Bi(Mg_yTi_z)O_3–0.4PbTiO_3体系的基础上,研究了Mg和Ti含量比例的变化以及烧结温度对材料性能的影响,在y=0.52,烧结温度为1075℃并保温2h时,d_(33)=190pC/N,K_p=30.2%,ε~T_33/ε0=934,tanδ=3.9%,此处综合性能最佳。通过改变极化电场大小,得到适合本实验的最佳电场4.5kV/mm。同时,还研究了温度对压电性能的影响,该体系的压电性能可以保持到250℃不变化,在250℃~350℃之间,从192pC/N减小到164pC/N,变化幅度不大,说明该体系有很好的高温应用前景。 将掺杂剂MnO_2与其他原料一次混合,来研究MnO_2掺杂对0.6Bi(Mg_(1/2)Ti_(1/2))O_3–0.4PbTiO_3体系的影响,当MnO_2含量低于1mol%时,Mn~(2+)融入到钙钛矿结构的晶格中,使体系向四方相转变,同时形成内偏置场,对自发极化具有稳定作用,使居里温度增加;当MnO_2含量高于1mol%时,过量的Mn~(2+)聚集到晶界附近。当MnO_2含量为1mol%,烧结温度为1050℃并保温2h时,d_(33)=112pC/N,K_p=22.5%,ε~T_(33)/ε_0=734,tanδ=1.96%,Tc=511℃,此处综合性能最佳。


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