BSPT高溫壓電陶瓷制備及摻雜改性研究.pdf

1、本工作選擇以高居里溫度固溶體鈦酸鉛—鈧酸鉍(BSPT)為基,采用固相反應(yīng)合成法制備配方在準(zhǔn)同型相界附近的BSPT壓電陶瓷材料(基本組成為:0.363BiScO3-0.637PbTiO3)。首先系統(tǒng)研究了預(yù)燒溫度和過量Bi2O3對材料微觀結(jié)構(gòu)、壓電介電性能的影響,在此基礎(chǔ)上,分別研究了CeO2、Fe2O3的添加對BSPT陶瓷居里溫度和溫度老化特性的影響。
　　 通過對BSPT原料粉末進行差熱.熱失重分析判斷了其預(yù)燒溫度范圍,并比較

2、了經(jīng)不同預(yù)燒溫度制備的陶瓷樣品的微觀結(jié)構(gòu)和壓電介電性能。結(jié)果表明,該材料對預(yù)燒溫度非常敏感,最佳預(yù)燒合成溫度為740℃,此溫度下合成粉料在1080℃燒結(jié)2h制得的陶瓷材料具有良好的壓電介電性能,其d33=308pC/N,kp=0.437,εT33/ε0=1560,tanδ=0.021,Tc=432℃。
　　 對于鉍系陶瓷材料,由于鉍的熔點較低,在燒結(jié)中容易揮發(fā)造成化學(xué)劑量比偏離,影響陶瓷壓電介電性能。鑒于此,本工作探索在材料配方

3、中添加過量鉍來補償陶瓷燒結(jié)過程中鉍的揮發(fā)損失。通過系統(tǒng)研究過量Bi2O3對BSPT陶瓷材料微觀結(jié)構(gòu)及性能的影響,結(jié)果表明適當(dāng)過量Bi2O3的添加,有利于形成晶粒大小適中、致密度高的陶瓷,充分挖掘BSPT材料的壓電介電性能。當(dāng)Bi2O3添加量為0.2wt％時陶瓷壓電介電性能最優(yōu),其典型性能參數(shù)為:d33=380pC/N,kp=0.484,εT33/ε0=1800,tanδ=0.022,Tc=438℃。該工藝制備成本低,所得BSPT陶瓷材料

4、的壓電介電性能優(yōu)良,在高溫壓電陶瓷傳感器、換能器等方面顯示出實用化前景。
　　 為進一步提高材料的居里溫度和抗溫度老化特性,分別采用CeO2和FezO3作為摻雜改性劑。實驗結(jié)果表明CeO2的最佳摻雜量為0.1wt％,在該摻雜量條件下制備的陶瓷樣品的溫度穩(wěn)定性得到改善,300℃之前樣品d33隨溫度變化率由未摻雜前的12.6％下降至摻雜后的6％,陶瓷樣品的典型性能參數(shù)為:d33=200pC/N,kp=0.36,εT33/ε0=920