Bi(Mg0.5Ti0.5)O3-PbTiO3基高居里温度压电陶瓷性能研究

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随着压电陶瓷作为换能器材料被广泛应用到航空航天、地质勘探等高温领域,对压电陶瓷的的居里温度要求越来越高,同时陶瓷的介电压电性能不能恶化太严重。因此,对具有高居里温度和优异的介电压电性能的压电陶瓷的研究相当紧迫。居里温度是压电陶瓷铁电顺电相转变的临界温度,反映了压电陶瓷的抗温度老化能力,一般而言,居里温度越高,矫顽场越大,钉扎效应越明显,介电压电活性越弱。而退极化效应导致压电陶瓷一般只能在居里温度的一半以下范围内正常工作。从而,高温压电陶瓷不仅需要高于400°C的居里温度,而且需要高的介电压电活性。  本文选择传统固相法,以Bi(Mg0.5Ti0.5)O3-PbTiO3二元压电陶瓷作为基体材料进行研究,通过固溶和取代的方式,改善压电陶瓷的居里温度和介电压电性能。  首先对基体材料Bi(Mg0.5Ti0.5)O3-PbTiO3二元压电陶瓷的制备工艺进行初步探讨:选用原材料时,宜采用PbO和(MgCO3)4·Mg(OH)2·5H2O等;可以不用合成前驱体MgTiO3,而是将所有原材料进行混合球磨,一次性制得压电陶瓷的预烧粉体;对于(1-x)Bi(Mg0.5Ti0.5)O3-xPbTiO3压电陶瓷体系,当x=0.38时,处于准同型相界,性能参数依次为:d33=205pC/N、Kp=0.33、Qm=22、tanδ=52*10-3、εr=1128、Tc=440°C。  当固溶弛豫铁电体PZN时,可以改善压电陶瓷的介电性能,却会降低居里温度和压电性能,固溶量为1mol%时,性能最优异:d33=184pC/N、Kp=0.32、Qm=18、εr=1033、tanδ=60*10-3、Tc=420°C。整体而言,最佳制备工艺条件为烧结温度1050°C,烧结保温时间5h。  而利用BaTiO3对其进行取代时,发现四方度c/a先增加后减小。和未取代的压电陶瓷相比,取代后的压电陶瓷居里温度整体都有所提升,而介电压电性能则有所衰减。其中,当取代量为10mol%时,最优性能参数分别为:d33=180pC/N、Kp=0.32、Qm=24、tanδ=73*10-3、εr=850、Tc=464°C等。
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