论文部分内容阅读
基于钛酸钡基BZT-BCT陶瓷优良的压电、介电和铁电性能，选择0.5Ba(ZrxTi1-x)O3-0.5(Ca0.25Ba0.75)TiO3，其中x=0.15，0.20，0.25，0.30，0.325，0.35，0.375和0.40作为研究对象，在以往研究基础上延伸研究该体系的电致伸缩性能，以期改变含铅电致伸缩材料占主导的现状，为无铅电致伸缩材料的发展提供理论和现实依据。本文首先研究了Zr4+含量对体系相结构、显微形貌、介电性能和电致伸缩性能的影响；其次，为了增加陶瓷材料的致密度，增大介电常数进而改善其电致伸缩性能对配方0.5Ba(ZrxTi1-x)O3-0.5(Ca0.25Ba0.75)TiO3进行不同含量Mn4+以及（Mn1/3Nb2/3）和（Mn1/3Sb2/3）的掺杂改性，讨论分析了掺杂对BZT-BCT陶瓷相组成、表面形貌、介电性能和电致伸缩性能的影响；最后，鉴于BZT-BCT较高的烧结温度带来资源浪费和成本增加，利用液相烧结原理采用BN对该体系进行降烧处理，讨论了降烧对陶瓷性能的影响。研究发现：1200℃比1150℃时合成的粉料更充分，陶瓷晶粒更完整规则，介电性能更优；Ca2+含量的变化对陶瓷性能的影响作用较小，居里温度（Tm）随着Ca2+含量变化并不明显；配方0.5Ba(Ti1-xZrx)O3-0.5(Ba0.75Ca0.25)TiO3（其中x=0.15，0.20，0.25，0.30，0.325，0.35，0.375，0.40）随着Zr4+含量的增加，相组成发生了变化，x=0.15时为四方相，x=0.20、0.25时为双相共存状态，x≥0.30室温相组成为立方相为主；陶瓷晶粒尺寸先减小后增大；特征温度（Tm）随着Zr4+含量的增加趋于降低；1kHz频率室温状态下最大电场为44kV/cm时的最大电致应变（Smax）随着Zr4+含量的增加呈现减小的趋势，在x=0.15时达到最大为0.162%；0.5Ba(Ti1-xZrx)O3-0.5(Ba0.75Ca0.25)TiO3，其中x=0.325，0.35，0.375，0.40的弛豫性随着锆含量的变化用表征材料弛豫程度的γ表示，实验结果表明随着锆含量的增加陶瓷的弛豫性是增加的；陶瓷0.5Ba(Ti0.65Zr0.35)O3-0.5(Ba0.75Ca0.25)TiO3-yMn，其中y=0.15%，0.25%，0.5%和1.0%，随着Mn4+的增加陶瓷的晶粒尺寸增加，致密度增加；室温介电常数先增加后降低，在y=0.5%时达到最大，介电损耗先降低后增加，在y=0.5%时达到极小值；与未掺锰的试样（Smax=0.087%）相比，相同测试条件下，掺锰试样的室温最大电致应变并未有大幅度改善；（Mn1/3Nb2/3）和（Mn1/3Sb2/3）掺杂后的BZT-BCT陶瓷的室温介电常数都有所增加，特征温度有所降低，相同条件下的最大电致应变也减小；加入BN对陶瓷具有降烧作用，最低温度可烧到1175℃，但介电性能有所恶化，室温介电常数随着烧结温度的增加呈现先增加后降低的趋势，在1250℃时达到最高，约为8500；介电损耗先降低后增加，在1225℃时达到最小值1.3%。