Sb掺杂K0.5Na0.5NbO3无铅压电陶瓷相结构和电学性能的研究

采用传统固相烧结法,在1060 ℃制备(K0.5Na0.5)Nb1-xSbxO3(KNNS,x=0、0.01、0.02、0.03和0.04)无铅压电陶瓷,研究了Sb掺杂对KNN陶瓷物相结构、微观形貌和电学性能的影响.研究结果表明:Sb可以取代钙钛矿结构中B位的Nb位置,Sb取代Nb的最大量为0.03≤x≤0.04,当x=0.04时产生杂相;通过XRD图谱分析表明,x=0时陶瓷为单一的正交相结构,0.02≤x≤0.03时为正交-四方相共存,x=0.04时转变为三方相结构.Sb的掺杂具有细化晶粒的作用,随着Sb含量的增加,晶粒平均尺寸减小,晶粒大小变得均匀,介电性能增强.     

CuO掺杂对Ba0.96(Bi0.5K0.5)0.04TiO3陶瓷烧结行为和介电性能的影响

采用固相法制备了Ba0.96(Bi0.5K0.5)0.04TiO3-xCuO(x=0 ～0.05)陶瓷,通过XRD、SEM和阻抗分析仪等测试手段研究了CuO掺杂对Ba0.96(Bi0.5K0.5) 0.04TiO3陶瓷烧结温度、相组成、显微结构和介电性能的影响.结果表明:在x=0 ～0.05掺杂浓度范围内,所有陶瓷样品均为钙钛矿结构,且没有第二相的生成.当x≤0.03时,CuO与Ba0.96(Bi0.5K0.5)0.04TiO3形成固溶体,Cu2进入晶格取代Ti4的位置.在x=0.02时,陶瓷样品的四方率c/a达到最大,居里温度Tc最高为148.5℃.当x≥0.04时,过量的CuO在晶界处形成液相,显著降低烧结温度.当x=0.05时,烧结温度降为1275℃,由于液相的产生,陶瓷样品致密度提高,内部缺陷减少,介电损耗最小.在掺杂CuO的陶瓷样品中,介电常数先增大后减小,在x=0.01时达到最大.     

NKLNx-KBT-BZ无铅压电陶瓷的电性能研究

采用传统固相烧结法制备0.92(Na0.51K0.49-xLix)NbO3-0.02K0.5Bi0.5TiO3-0.06BaZrO3(简写为NKLNx-KBT-BZ,x=0.00～0.05)系无铅压电陶瓷.用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、精密阻抗分析仪及铁电性能测试仪等研究了Li+含量对该体系陶瓷的晶相、显微结构和电性能的影响.结果表明:在研究组成范围内,陶瓷均具有单一的钙钛矿结构,随着Li+含量的增加,晶体结构从菱方转变为四方结构,并且经过菱方-四方两相共存的准同型相界(MPB)组成区域0.01 ＜x ＜0.03.在MPB区域的四方相边界x=0.03处获得优异的电性能:d33=227 pC/N,kp=39.3;,Qm=69,εT33/ε0=1642,tanδ =2;,Pr=13.3μC/cm2,Ec=1.64 kV/mm.     

CuO掺杂对KNN-BNZ无铅压电陶瓷性能的影响

采用传统固相反应法制备了0.97K05Na0.5NbO3-0.03Bi0.5Na0.5ZrO3+xmo1; CuO (0.97KNN-0.03BNZ+xCu)无铅压电陶瓷.研究不同CuO掺量(x=0、0.5、1、2、3和4)对0.97KNN-0.03BNZ陶瓷的显微结构和电学性能的影响.结果表明:CuO的掺入使材料出现“硬化”现象,机械品质因数Qm有明显提高,矫顽场显著增大.CuO的掺入量在3;时,样品的综合性能最佳:压电常数(d33)为137 pC/N,机电耦合系数(kp)为0.30,机械品质因数(Qm)为238,介电损耗(tanδ)为1.5;.另外,从SEM图片中可以看出:0.97KNN-0.03BNZ压电陶瓷材料的平均晶粒尺寸随着CuO掺入量的增加明显增大,这表明CuO有烧结助熔作用,能降低烧成温度.     

Ce掺杂对0.9Na0.5Bi2.5Nb2O9-0.1LiNbO3高温无铅压电陶瓷性能的影响

本文采用固相法制备了Ce掺杂的0.9Na0.5Bi2.5Nb2O9-0.1LiNbO3(NBN-LN+ xwt; CeO2)层状高温无铅压电陶瓷;系统地研究了CeO2掺杂对NBN-LN陶瓷的物相、显微结构及电性能的影响;获得的样品均为居里点高于780℃的单一铋层状结构相陶瓷;当CeO2掺杂量x=0.75时,样品具有最佳电性能:d33=28 pC/N,kp=12.11;,tan δ=0.10;,Pr=9.50 μC/cm2;且该组分陶瓷样品在700℃经退极化处理后,其d33仍保持在22 pC/N以上,表明该材料在高温领域下具有良好的应用前景.     

Sm3+掺杂Na0.5Bi0.5TiO3无铅压电陶瓷的发光性能及热稳定性研究

采用传统的固相烧结法,制备了一系列的Sm3掺杂Na0.5Bi0.5TiO3无铅压电陶瓷(NBT∶ xSm3,0.005≤x≤0.04).利用X射线衍射仪和荧光分光光度计分别对NBT∶ xSm3+陶瓷样品的物相结构和光致发光性能以及热稳定性进行了分析.结果 表明,所有样品均为纯的三方钙钛矿结构.样品的激发光谱在480 nm有很强的激发峰,与蓝光LED芯片匹配.发射光谱包含位于563 nm、597 nm、645 nm、709 nm处的四个发射峰,分别归属于Sm3+的4G5/2→6HJ/2(J=5、7、9、11)跃迁,其中发射主峰位于597 nm,呈现橙红色发光.当Sm3+含量为0.02 mol时发光性能最佳.当温度范围在30 ～210℃之间时,NBT∶0.02Sm3陶瓷样品的发光性能具有良好的热稳定性     

ZnO掺杂KNN陶瓷烧结行为与性能研究

采用固相烧结工艺制备了钙钛矿结构的(K0.5Na0.5)NbO3+ xwt;ZnO(x=0,0.5,1.0,2.0)无铅压电陶瓷.研究了ZnO掺杂对(K0.5Na0.5)NbO3陶瓷体系烧结行为和电学性能的影响.结果表明:ZnO掺杂能够有效地降低陶瓷烧结温度,抑制K和Na的挥发,提高陶瓷的致密性.当掺杂量为0.5 wt;、烧结温度为1115℃时,陶瓷的体积密度最大p=4.41 g/em3.所有样品的晶粒形态均为层状堆垛结构,晶粒尺寸越大,层状堆垛形态越明显.晶粒形态和尺寸的变化与(K0.5Na0.5)NbO3陶瓷烧结过程中液相的形成和晶粒生长机制有关.适量的液相能够有效地提高陶瓷的致密性,获得均匀的微结构.当x=0.5、烧结温度为1115℃时,陶瓷具有最佳的电学性能:d33=118pC/N,kp=0.36,Pr=15.6 μC/cm2.     

CeO2掺杂对NBT-KBT-BT无铅压电陶瓷性能的影响

采用固相法,利用XRD、SEM等测试分析方法,系统研究了CeO2掺杂对0.85(Na0.5Bi0.5)TiO3-0.144(K0.5Bi0.5)TiO3-0.006BaTiO3(NBT-KBT-BT)无铅压电陶瓷结构和性能的影响.研究结果表明:所有组成的陶瓷的物相均为单一钙钛矿型结构相,CeO2的掺杂只改变晶胞体积或产生铋离子空位或钠离子空位,不形成异相.CeO2掺杂使晶粒尺寸趋于平均,形状由四方状向粒状转变,对晶粒生长有抑制作用.随着CeO2掺杂量增加,压电陶瓷的压电应变常数d33先增大然后降低、介电常数ε先增大然后降低,介质损耗tanδ一直降低.当CeO2的掺杂量为0.1 ;质量分数时,NBT-KBT-BT 无铅压电陶瓷的综合性能最佳,其性能为:d33=156 pC/N、tan δ=3.8;、ε=1364.     

Sb掺杂对0.96(K0.49Na0.51)(Nb0.97-xTa0.03Sbx)O3-0.04Bi0.5(Na0.8K0.2)0.5ZrO3无铅压电陶瓷结构与电性能的影响研究

采用固相法制备了0.96(K0.49 Na0.51)(Nb0.97-xTa0.03Sbx) O3-0.04Bi0.5(Na0.8K0.2)0.5ZrO3(0.96KNNTSx-0.04BNKZ,x=0,0.01,0.02,0.03,0.04)无铅压电陶瓷,研究了Sb掺杂量对0.96KNNTSx-0.04BNKZ陶瓷相结构、微观结构和电性能的影响规律.X射线衍射(X-ray Diffraction,XRD)分析结果表明:0.96KNNTSx-0.04BNKZ陶瓷具有纯钙钛矿结构,随着Sb掺杂量x的增加,陶瓷由正交-四方两相共存逐渐转变为四方相,在x≤0.01时,陶瓷为正交-四方两相共存的多型相转变(Polymorphic Phase Transition,PPT)结构,而当x≥0.02时,陶瓷则转变为四方相结构.在PPT向四方相转变的组成边界x=0.02处,陶瓷具有优异的电性能:压电常数d33=345 pC/N,机电耦合系数kp=39.2;,机械品质因数Qm=51,介电常数ε33T/ε0=1520,介电损耗tanδ =2.7;,剩余极化强度Pr=15.4 μC/cm2,矫顽场Ec =1.09kV/mm,居里温度Tc=275℃.     

Pb0.92Sr0.08-xBax(Sb2/3Mn1/3)0.05Zr0.48Ti0.47O3的制备与性能研究

采用传统固相烧结法制备了Pb0.92Sr0.08-xBax(Sb2/3 Mn1/3)005Zr0.48Ti0.47O3(PSBSM-PZT)压电陶瓷样品.研究了不同Sr2+、Ba2+掺杂含量对样品的相结构、微观形貌、压电和介电性能的影响.结果显示:所有样品均为钙钛矿结构.而当x=0.02～0.06时,陶瓷样品组分位于准同型相界区(MPB).由于位于准同型相界区域的陶瓷样品对于电畴的转向具有促进作用,所以处于MPB区域的陶瓷样品具有较大的压电和介电性能,但同时由于电畴转向带来的较大内摩擦和结构损耗,从而提高了材料的机械损耗和介电损耗.当x=0.02时的陶瓷样品获得最佳的综合性能:d33=346 pC/N,kp=0.58,Qm=1217,εr=1724,tanδ=0.774;.     

CuO掺杂对KNN-LS-BF无铅压电陶瓷性能的影响

采用传统固相合成法和制备工艺,在1040℃制备了{0.996 [0.95( Na0.5 K0.5)NbO3-0.05LiSbO3 ]-0.004FeBiO3}+x mol; CuO(KNN-LS-BF+x mol; CuO)无铅压电陶瓷,研究了CuO掺杂量对陶瓷结构和性能的影响.结果表明,CuO的低温促烧作用明显,微量CuO的掺入并没有改变陶瓷体系的相结构,但对陶瓷的压电和介电性能有明显影响.随CuO掺杂量的增加,陶瓷的d33、kp、εr均是先升高后降低,并在x=0.15时,d33、kp、εr分别达到最大值222 pC/N、0.36、1223.14;Qm也是先升高后降低,不过是在x=0.3时达到了最大值66.02.而tanδ则是先降低,在x=0.45达到最小值2.5;后又开始回升.在x=0.15时,所制备压电陶瓷有最好的综合性能:d33=222pC/N,kp=0.36,εr=1223.14,tanδ=3.3;,Qm =52.27.     

织构化K0.5Na0.5NbO3无铅压电陶瓷的性能研究

以分析纯Na2CO3、Bi2O3和Nb2O5为原料,以NaCl为熔盐,采用二次熔盐法和拓扑化学反应法合成各向异性片状NaNbO3粉体.以该片状NaNbO3粉体为模板品粒,以固相法合成的NaNbO3和KNbO3粉体为基料,采用流延工艺制备出较高取向度的织构化K0.5Na0.5NbO3(KNN)无铅压电陶瓷,系统研究了模板含量、烧结温度和保温时间等工艺参数对织构化KNN陶瓷显微结构和压电性能的影响规律.研究结果表明:随着模板含量的增加,陶瓷的取向度逐渐增加,当模板含量为15 wt;时,陶瓷的取向度可达0.69,当模板含量为10 wt;,1100 ℃下保温5 h烧结,可以获得具有一定织构度(f=0.58)的KNN陶瓷,并表现出优异的压电性能,d33=128 pC/ N.     

溶胶-凝胶法制备Na0.5Bi0.5TiO3-K0.5Bi0.5TiO3体系无铅压电陶瓷的研究

采用溶胶-凝胶法制备(1-x)Na0.5Bi0.5 TiO3-xK0.5Bi0.5TiO3体系无铅压电陶瓷.XRD分析表明,用溶胶-凝胶法可以在650℃下合成具有钙钛矿结构的(1-x)Na0.5Bi0.5TiO3-xK0.5Bi0.5TiO3粉体,且在x=0.18～0.30之间存在三方-四方准同型相界(MPB).陶瓷的压电性能参数表明,该体系在MPB组成范围内具有最佳的压电性能:x=0.30时,压电常数d33达到最大值(d33=150 Pc·N-1),平面机电耦合系数kp与介电常数εH33T/ε0均在x=0.26时达到最大值,分别为36.7;和1107.     

Na0.5Bi0.5TiO3-K0.5Bi0.5TiO3-BaMnO3无铅压电陶瓷的结构与电性能

采用固相法制备了(0.8 -x)Na0.5 Bi0.5TiO3 -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％,物质的量分数)样品的物相组成、显微结构及电性能.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.与纯NBT-KBT陶瓷相比,掺BM陶瓷的烧结温度降低,相对密度ρr得到提高.随x的增加,材料的压电常数d33、平面机电耦合系数kp与机械品质因子Qm先增大后减小,而介电损耗tanδ以及退极化温度Td一直降低.BM的掺入降低了材料的矫顽场Ec,提高了剩余极化强度Pr,从而增强了铁电性.当x=0.75％时,陶瓷获得最佳性能:d33=167 pC/N,kp=0.269,Qm=133,εr=774,tanδ=2.93％.     

BNT-BKT-BiFeO3无铅压电陶瓷的压电性能和退极化温度

采用传统陶瓷制备方法,制备了系列新型无铅压电陶瓷材料(1-x-y)Bi0.5Na0.5TiO3-xBi0.5K0.5TiO3-yBiFeO3(简写为BNT-BKT-BF-x/y).研究了该体系陶瓷微观结构、压电性能和退极化温度变化规律.结果表明:在所研究的组成范围内,所制备的材料均能够形成纯钙钛矿固溶体,陶瓷三方、四方共存的准同型相界(MPB)成分为x=0.18～0.21,y=0～0.05,在准同型相界成分附近该体系陶瓷压电性能达到最大值:d33=171pC/N,kp=0.366.采用平面机电耦合系数kp和极化相位角θmax与温度的关系来确定退极化温度,得到的结果基本相同,陶瓷的退极化温度随BF含量的增加一直降低,随BKT含量的增加先降低后升高.     

(Sr0.7Bi0.2)TiO3取代BNT基无铅陶瓷的相变及储能特性

采用弛豫铁电体(Sr0.7Bi0.2)TiO3与铁电体(Bi0.5Na0.5)TiO3构建了的新型二元系BNT基无铅陶瓷材料:(1-x)(Bi0.5Na0.5)TiO3-x(Sr0.7Bi0.2)TiO3(记为BNT-xSBT,x=10mol;、20mol;、30mol;和40mol;).通过传统固相法进行制备,研究了(Sr0.7 Bi0.2)TiO3取代对其结构、相变、铁电性能和储能特性的影响.结果表明,室温所测BNT-xSBT陶瓷为准立方结构;介温和铁电性则证实其为极性三方和非极性四方共存相结构.A位复合占位的BNT-xSBT陶瓷是典型的弛豫铁电体,其Tm随x的增大而减小.低温(Td)处的介电反常源于结构(三方和四方)起伏所引起的缓慢转变过程.(Sr0.7 Bi0.2)TiO3取代量增大时,其Td降低,四方相增多,并伴随非极性微区增长;并导致BNT-xSBT陶瓷的铁电性减弱和电滞回线变形.x=30mol;时,BNT-xSBT陶瓷具有大的Pmax=26.8μC/cm2、小的Pr=1.4μC/cm2,和较好的储能特性:W=0.74 J/cm3,η=68.5;(@70 kV/cm).     

BiMnO_3改性BNT-BKT压电陶瓷的研究

为了提高BNT基压电陶瓷的电性能,采用传统的陶瓷制备方法,制备了一种Bi基的钙钛矿型无铅压电陶瓷 (1-x)Bi_(0.5)(Na_(0.82)K_(0.18))_(0.5)TiO_3-xBiMnO_3 (简写为BNKT-BMx).研究了Bi基铁电体BiMnO_3对该体系陶瓷微观结构和压电介电性能的影响.结果表明:在所研究的组成范围内陶瓷材料均能够形成纯钙钛矿固溶体,微量BiMnO_3不改变该体系陶瓷的晶体结构,但促进晶粒生长.随着BiMnO_3含量增加,低温介电反常峰消失,高温介电峰出现频率分散性.随BiMnO_3含量增加,压电常数d_(33)和机电耦合系数k_p先增加后降低,在x=0.01时,k_p=0.333,x=0.015时,d_(33)=170 pC/N,为该体系陶瓷压电性能的最优值.     

The relations of sintering conditions and microstructures of [Bi0.5(Na1‐x‐yKxLiy)0.5]TiO3 piezoelectric ceramics

Bismuth sodium titanate (abbreviated as BNT) based solid solution, [Bi_0.5(Na_1‐x‐yK_xLi_y)_0.5]TiO₃ (0 < x + y < 1) ceramics, was invented in our group. These ceramics, which are considered as new candidates for lead‐free piezoelectric materials, were prepared by conventional ceramic sintering technique. The results of X‐ray diffraction show that the ceramics possess a single perovskite phase. The relations of the sintering conditions and the microstructures of the ceramics were studied. It was found that the optimized sintering condition is at 1100‐1150 °C for 2‐3 h, the grains of the ceramics have very regular shape, and the grain size of the ceramics is in the range of 1.3‐2.2 μm. These ceramics with the compositions of high amount of K⁺ and low amount of Li⁺ have relatively large piezoelectric charge constant (d₃₃), and can be put into practical applications. (© 2004 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

便携式电子设备用无铅压电扬声器的研制

用丝网印刷法在印有Pt电极的Al2O3基片上制备了BaTiO3(BT)掺杂Bi0.5(Na0.82K0.18)0.5 TiO3(BNKT)厚膜,研究了BT掺杂对BNKT厚膜相结构、微观形貌、介电、压电及铁电性能的影响.研究发现,(1-x)BNKT-xBaTiO3厚膜体系的准同型相界(MPB)位于3mol;相似文献   

Sb2O3掺杂BiFeO3-BaTiO3压电陶瓷的结构及电性能研究

采用传统固相烧结法合成了0.7BiFeO₃-0.3BaTiO₃+x%Sb₂O₃(质量分数)陶瓷(BFO-BTO+xSb, x=0.00~0.20),研究了Sb₂O₃掺杂对BFO-BTO陶瓷的晶相结构、介电、导电以及压电和铁电性能的影响,并对影响机理进行探讨。结果表明:Sb掺杂导致陶瓷的晶体结构由伪立方相向菱形相转化。Sb的B位取代增加了BFO-BTO+xSb陶瓷的铁电弛豫性,降低高温损耗,并使居里温度T_c有所降低。导电特性的研究表明,Sb掺杂改变了$V_O^×$和Fe²⁺的浓度,降低了电导率,但没有改变陶瓷的导电机制,其主要载流子是氧空位。Sb掺杂量x=0.05时,BFO-BTO+xSb陶瓷表现出最佳的综合电性能:d₃₃=213 pC/N,k_p=28.8%,Q_m=38,T_c=520 ℃,P_r =24.7 μC/cm²。