鋯鈦酸鋇鈣基微鉛壓電陶瓷的制備與性能研究.pdf

1、現(xiàn)今壓電陶瓷的應(yīng)用已經(jīng)跟人們的生活緊密相連,但是目前全球在使用的壓電陶瓷材料依然是傳統(tǒng)的鉛基壓電陶瓷,其中鉛含量高達(dá)60％以上。氧化鉛是一種易揮發(fā)的有毒物質(zhì),在生產(chǎn)、使用及廢棄的過(guò)程中,會(huì)給人類和自然環(huán)境帶來(lái)不可逆轉(zhuǎn)的傷害。無(wú)鉛化已成為壓電陶瓷的發(fā)展趨勢(shì)。其中鋯鈦酸鋇鈣(BCZT)基無(wú)鉛壓電陶瓷由于其優(yōu)異的壓電性能,被寄予能取代含鉛壓電陶瓷且達(dá)到預(yù)期效果的無(wú)鉛壓電材料之一。
　　結(jié)合對(duì)無(wú)鉛鋯鈦酸鋇鈣的最新研究成果的分析,單純的無(wú)鉛

2、鋯鈦酸鋇鈣壓電陶瓷取代鉛基壓電陶瓷幾無(wú)可能。本文采用傳統(tǒng)固相合成法,制備了Ba0.99Ca0.01(Ti0.98Zr0.02)O3-PbTiO3(簡(jiǎn)稱B0.99CZT-PT)基微鉛壓電陶瓷,研究了Yb2O3、Ga2O3、Sr(Cu1/3Ta2/3)O3摻雜B0.99CZT-PT陶瓷的制備工藝及其微觀結(jié)構(gòu),電性能等。主要內(nèi)容和創(chuàng)新如下:
　　1、研究了PbTiO3粉體的合成工藝,確定了合適的工藝參數(shù):原料選擇活性較大的Pb3O4而非

3、PbO,合成溫度為680℃,保溫時(shí)間為2h。
　　2、通過(guò)系統(tǒng)研究B0.99CZT-PT,B0.85CZT-PT合成和燒結(jié)工藝,結(jié)合PbTiO3的摻雜量對(duì)陶瓷組成、結(jié)構(gòu)以及壓電、介電等性能的影響,確定了最佳工藝路線:燒結(jié)溫度為1265℃,保溫時(shí)間4～5h,并得到它們的準(zhǔn)同相界點(diǎn)。結(jié)合本研究目的,選取確定0.9B0.99CZT-0.1PT為下一步研究的微鉛壓電陶瓷基體。
　　3、研究了Yb2O3摻雜對(duì)0.9B0.99CZT-0

4、.1PT微鉛壓電陶瓷的相結(jié)構(gòu)與電性能的影響。結(jié)果表明,Yb2O3的摻雜能促進(jìn)陶瓷機(jī)體中晶粒的生長(zhǎng),晶粒最大值達(dá)到2mm。且在明顯提高0.9B0.99CZT-0.1PT微鉛陶瓷的壓電性能的同時(shí),顯著降低介電損耗tanδ。該改性陶瓷樣品在Yb2O3摻雜量為0.1wt%時(shí)達(dá)到最優(yōu):d33=151pC/N,kp=27%,Qm=152,tanδ=1.2%,εr=904。
　　4、系統(tǒng)研究了Ga2O3摻雜對(duì)0.9B0.99CZT-0.1PT微

5、鉛壓電陶瓷的相結(jié)構(gòu)與電性能的影響。結(jié)果表明,Ga2O3摻雜對(duì)陶瓷顯微組織結(jié)構(gòu)影響較大,當(dāng)摻雜量為0.04wt%時(shí),晶粒尺寸大小均勻,無(wú)孔洞。Ga2O3的引入使0.9B0.99CZT-0.1PT陶瓷樣品的介電損耗從降低到2.1%;但居里溫度Tc從167℃下降到了140℃。當(dāng)摻雜量為0.04wt%時(shí),陶瓷樣品獲得最佳壓電性能:d33=138pC/N,kp=21%,Qm=90,tanδ=2.1%,εr=1212。
　　5、研究了鈣鈦礦結(jié)