钪酸铋-钛酸铅基高温压电陶瓷的性能调控

来源 :福建师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kerrytony
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随着时代的发展,材料在生活中扮演着重要的角色。而钙钛矿压电材料由于其优异的压电性能以及原料来源广而使人们更加重视,尤其是在一些高温领域,如航空航天,能源勘探和制造业等领域。目前市场上的可使用的压电陶瓷驱动器大多数仍然采用传统的PZT压电陶瓷,其居里温度Tc约为360℃,由于热激活的存在使压电材料去极化,导致安全使用温度远远低于居里温度,仅为居里温度的一半,所以传统的PZT压电陶瓷的只能在200℃以下的温度工作,这就大大限制了它在更高温度的环境下使用。如此苛刻的环境,因此需要开发出能够在高温条件下正常使用的压电陶瓷材料。BS-PT陶瓷基于其优良的性能而广受关注,在准同型相界(MPB)附近的具有高居里温度(TC=450℃)和大的压电系数(d33=460 p C/N)。但是BS-PT仍然存在一些缺点而无法商业化应用,如烧结过程中Pb、Bi元素的挥发、高的介电损耗、在250℃性能开始退化等。因此,本文对BS-PT基材料掺杂改性,重点研究材料的性能调控与温度稳定性。为了获得低介电损耗和高温度稳定性的陶瓷材料,我们用传统的固相合成法分别制备了Sb2O3和Li2CO3掺杂的BS-PT陶瓷,并对BS-PTFMn+xmol%Sb2O3和BS-PT+xmol%Li2CO3陶瓷的相结构、电学性能和温度稳定性进行了系统的研究。研究结果表明:(1)BS-PTFMn+0.75%Sb2O3具有最优的压电系数,即d3*3=442 pm/V,Sb2O3表现出“软性”掺杂特性。表明Sb2O3的掺入可以改善BS-PT压电陶瓷的电学性能。此外,BS-PTFMn+0.75%Sb2O3陶瓷的热退极化温度(Td)保持在300℃以上,如BS-PTFMn+0.75%Sb2O3的温度为325℃。(2)掺杂0.5%Li2CO3烧结助剂后,有效地降低了陶瓷的烧结温度,烧结温度从1100oC降低到950oC。介电损耗也随着掺杂量的变换明显降低,由未掺杂的4.6%降至1.4%。对于温度稳定性来说,最好的组分是0.367BS-0.633PT+0.5%Li2CO3,并且该组分陶瓷压电性能可以在300℃以上保持稳定。
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