鋯鈦酸鋇鈣基無鉛壓電陶瓷的低溫燒結與性能研究.pdf

1、壓電陶瓷是一種能實現機械能和電能相互轉換的功能材料，但是現階段絕大數壓電鐵電材料仍含鉛，而PbO在燒結過程中具有相當大的揮發(fā)性，對人體和環(huán)境均有較大危害，因此尋找能夠代替PZT的無鉛壓電材料成為電子材料領域的緊迫任務之一。(Ba0.7Ca0.3)TiO3-xBa(Zr0.2Ti0.8)O3基無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到預期效果的無鉛壓電材料之一。
　　Fe2O3和CuO為常用的的助燒劑，稀土元素

2、氧化物Sm2O3可明顯改善壓電陶瓷的燒結性能并利于獲得穩(wěn)定的電學性能和壓電性能等綜合特性。本論文采用傳統(tǒng)電子陶瓷制備方法，制備了(Ba0.7Ca0.3)TiO3-Ba(Zr0.2Ti0.8)O3（BCZT）基無鉛壓電陶瓷，研究了Fe2O3、CuO和Sm2O3摻雜BCZT的制備工藝和BCZT基陶瓷的微觀結構、形貌、壓電以及介電性能等。主要內容和創(chuàng)新之處如下：
　　系統(tǒng)研究了(Ba0.7Ca0.3)TiO3-Ba(Zr0.2Ti0.8

3、)O3-xFe2O3無鉛壓電陶瓷的固相合成和燒結工藝與其材料結構、顯微組織、介電、壓電性能的關系。研究結果表明，Fe2O3的引入使BCZT陶瓷樣品燒結溫度下降；居里溫度點TC從85℃提高到了95℃。Fe2O3的摻雜對陶瓷顯微組織有較大影響，總體表明陶瓷晶粒隨著Fe2O3摻雜量的增加而細化。陶瓷樣品的綜合電性能在x=0.04wt％時達到最優(yōu)：d33=400 pC/N，kp=0.43，Qm=51，tanδ=2.3%，εr=3482。

4、　　系統(tǒng)研究了CuO摻雜(Ba0.7Ca0.3)TiO3-Ba(Zr0.2Ti0.8)O3無鉛壓電陶瓷的固相合成和燒結工藝與其材料結構、顯微組織、介電、壓電性能的關系。研究結果表明，陶瓷試樣均為ABO3型鈣鈦礦結構；CuO的摻雜對陶瓷顯微組織有較大影響，總體表明隨著CuO摻雜的增加，陶瓷晶粒逐漸增大，樣品表面空洞明顯減小。CuO引入使 BCZT陶瓷樣品燒結溫度從1540℃降到1350℃；居里溫度點TC從85℃提高到了97℃。陶瓷樣品的綜

5、合電性能在x=0.04wt％時達到最優(yōu)：d33=510 pC/N，kp=41%，Qm=19，tanδ=1.25%，εr=3762。
　　系統(tǒng)研究了 Sm2O3摻雜(Ba0.7Ca0.3)TiO3-Ba(Zr0.2Ti0.8)O3無鉛壓電陶瓷的固相合成和燒結工藝與其材料結構、顯微組織、介電、壓電性能的關系。研究結果表明，Sm2O3引入使BCZT陶瓷樣品燒結溫度從1540℃降到1350℃；居里溫度點TC從85℃提高到了95℃。陶瓷樣品

6、的綜合電性能在x=0.02wt％時達到最優(yōu)：d33=590 pC/N，kp=0.52，Qm=43，tanδ=1.3%，εr=3372。實驗證明新型的(Ba0.7Ca0.3)TiO3-Ba(Zr0.2Ti0.8)O3-xSm2O3無鉛壓電陶瓷在要求較高壓電常數d33的場合具有相當好的應用前景。
　　比較了Fe2O3、CuO和Sm2O3對BCZT體系陶瓷的顯微結構和壓電性能的影響。研究發(fā)現三種助燒劑摻雜對 BCZT體系的影響各有差異，