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(Na_(0.5)Bi_(0.5))TiO_3基无铅压电陶瓷与晶体的制备及电性能的研究

古训玖  
【摘要】:(1)采用固相法制备了LiSbO3掺杂0.8(Na0.5Bi0.5)TiO3-0.2(K0.5Bi0.5)TiO3(简称NBT-KBT-LS)无铅压电陶瓷,研究了LS的不同掺量(0≤x≤1.50%)对样品的显微结构及电性能的影响。结果表明:所制备的NBT-KBT-LS陶瓷样品均为单一的钙钛矿结构,LS的掺入有利于晶粒长大,但由于Bi3+与Na+的挥发,导致块状晶粒的出现。掺杂一定量的LS,陶瓷的压电常数d33、机电耦合系数kp、机械品质因子Qm、剩余极化强度Pr与矫顽场Ec均增大,表现出“软硬双性”的掺杂作用。当x=0.75%时,材料的性能最佳:d33=154pC/N,kp=0.268,Qm=107。 (2)采用固相法制备了(0.8-x)Na0.5Bi0.5TiO3-0.2K0.5Bi0.5TiO3-xBaMnO3(简称NBT-KBT-BM)无铅压电陶瓷,研究了不同BM含量(x=0,0.25%,0.50%,0.75%,1.00%,1.25%,摩尔分数)样品的物相组成、显微结构及电性能。研究结果表明:所制备的NBT-KBT-BM陶瓷样品均为单一的钙钛矿结构。BM的掺入,降低了陶瓷的烧结温度,同时提高了陶瓷的致密度;随掺杂量x的增加,材料的压电常数d33、平面机电耦合系数kp、机械品质因子Qm先增大后降低,而介质损耗tanδ 直降低。BM掺杂降低了陶瓷的矫顽场,增大了剩余极化强度,增强了材料的铁电性。该体系陶瓷具有介电弛豫特性,当x=1.25%时,陶瓷的弥散因子高达1.969,接近于理想弛豫铁电体。综合考虑,当x=0.75%时陶瓷获得最佳性能:d33=167pC/N,kp=0.269, Qm=133, εr=774, tanδ=2.93%。 (3)采用固相法制备了α(Na0.5Bi0.5)TiO3-b(K0.5Bi0.5)TiO3-cBaTiO3-dSrTiO3(简称NBT-KBT-BT-ST100a/b/c/d)无铅压电陶瓷,该陶瓷体系是按(1-2x)(0.8NBT-0.2KBT)-x(0.94NBT-0.06BT)-x(0.74NBT-0.26ST)(x=0.10,0.20,0.25,0.30,0.35,0.40,0.45)进行组合而成的。结果表明:所有样品都处于三方-四方准同型相界区域。该系陶瓷在准同型相界附近表现出了优异的压电性能,压电常数d33、机电耦合系数kp和剩余极化强度Pr随χ的增加先升高后降低,其中x=0.35陶瓷的电性能最佳:d33=210pC/N, kp=0.319, Pr=39.3μC/cm2,Ec=20.2kV/cm,是种良好的无铅压电陶瓷候选材料。因此,依据准同型相界组成的线性组合规律来是寻找具有优异压电性能的NBT-KBT-BT-ST陶瓷准同型相界组成是可行的。 (4)采用助熔剂法获得了显露面为{001}面的四方结构NBT-KBT晶体(6×4.5×1.2mm)。研究发现NBT-KBT晶体存在尺寸为4nm左右的有序畴。该晶体具有介电弛豫特性,介电常数随频率增加急剧降低,而介质损耗随频率的增大先降低后增大。所制备的NBT-KBT晶体的压电性能为:d33=78pC/N,kp=0.164。


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