鋯鈦酸鋇鈣無鉛壓電陶瓷的摻雜改性研究.pdf

1、由于氧化鉛的強毒性以及在燒結過程中的高揮發(fā)性，使鉛基陶瓷在制備、使用及廢棄后處理過程中將不可避免地對生態(tài)環(huán)境及人類造成嚴重危害，因此，尋找新型高性能的無鉛壓電陶瓷材料成為急待解決的問題。BaTiO3陶瓷是一種發(fā)展得相當成熟的無鉛壓電陶瓷材料，最初用于壓電振子材料，其具有介電常數(shù)高、機電藕合系數(shù)和壓電常數(shù)較大，機械品質(zhì)因數(shù)中等和介電損耗較小等優(yōu)點，因此改進的BaTiO3陶瓷是最有可能取代鉛基壓電陶瓷的無鉛壓電陶瓷之一。
　　 本論

2、文以采用傳統(tǒng)的固相反應燒結技術制備了鋯鈦酸鋇鈣為基體的無鉛壓電陶瓷，利用X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)等現(xiàn)代測試方法，研究了Ba含量，Zr含量，預燒溫度，Nb2O5摻雜量，CuO摻雜量等對該無鉛壓電陶瓷物相組成，顯微結構以及壓電、介電性能的影響。
　　 Ca元素的加入，沒有改變所制備的(Ba1-xCax)(Ti0.9Zr0.1)O3陶瓷的鈣鈦礦物相結構。隨著Ca含量的增加，(Ba1-xCax)(Ti0.9Zr0.1)O

3、3無鉛壓電陶瓷的晶粒尺寸先增大后減小，壓電常數(shù)(d33)，介電常數(shù)(εr)，機電耦合系數(shù)(kp)分別先增加后降低，而介質(zhì)損耗(tanδ)先減小后增大。當Ca含量(x)為0.15時，在1450℃燒結制得的(Ba1-xCax)(Ti0.9Zr0.1)O3無鉛壓電陶瓷綜合性能最佳:d33=363pC/N，kp=39.63％,εr=4184,tanδ=1.08％。
　　 Zr元素的加入，沒有改變所制備的Ba0.85Ca0.15Ti1-y

4、ZryO3無鉛壓電陶瓷的鈣鈦礦物相結構，使得該系壓電陶瓷的晶格參數(shù)變大，晶粒的平均尺寸逐漸增大。隨著Zr含量的增加，該系壓電陶瓷材料壓電常數(shù)(d33)和機電耦合系數(shù)(kp)先增大后減小，介電常數(shù)(εr)逐漸增加，介質(zhì)損耗(tanδ)先增加后降低。當Zr含量y為0.10時，在1540℃燒結制得的Ba0.85Ca0.15Ti1-yZryO3陶瓷綜合性能最佳:d33=424pC/N,kp=48.83％,εr=4364,tanδ=1.12％。<

5、br>　　 不同預燒溫度的陶瓷樣品為單一的鈣鈦礦結構，基本沒有第二相的生成，陶瓷的物相由鐵電四方相向三方相轉(zhuǎn)變。隨著預燒溫度的升高，陶瓷的平均晶粒尺寸先增大后減小。隨著預燒溫度的升高，Ba0.85Ca0.15Ti0.9Zr0.1O3無鉛壓電陶瓷的壓電常數(shù)、平面機電耦合系數(shù)、介電常數(shù)先增加后降低，介質(zhì)損耗先降低后增加。當預燒溫度為1370℃時，該系壓電陶瓷的綜合性能最佳:d33=600pC/N，kp=60.84％,εr=3727,tan

6、δ=1.02％。
　　 Nb2O5添加物的加入，沒有改變所制備的Ba0.85Ca0.15Ti0.9Zr0.1O3無鉛壓電陶瓷的鈣鈦礦物相結構，使得陶瓷的晶格參數(shù)逐漸減小，抑制了陶瓷晶粒的增大，使得晶粒尺寸逐漸變小。隨著Nb2O5摻雜量的增加，壓電陶瓷的壓電常數(shù)、平面機電耦合系數(shù)、介電常數(shù)先增加后降低，介質(zhì)損耗先降低后增加。當Nb2O5摻雜量為0.7wt.％時，1350℃燒結制得的Ba0.85Ca0.15Ti0.9Zr0.1O3壓

7、電陶瓷材料綜合性能最佳:d33=238pC/N,kp=29.33％,εr=4691,tanδ=2.07％。
　　 CeO2和CuO的共同加入大大降低了BCTZ無鉛壓電陶瓷的燒結溫度，在1350℃燒結時，仍可獲得純鈣鈦礦結構的BCZT陶瓷。隨著CuO含量的增加，BCTZ陶瓷的壓電系數(shù)和介電常數(shù)分別先升高后降低，介質(zhì)損耗先降低后升高再降低，平面機電耦合系數(shù)逐漸降低。當CuO摻雜量為0.2wt.％時，在1350℃燒結所制得的BCZT無