(Na,K,Li)(Nb,Sb)O_3无铅压电陶瓷的性能

采用传统的固相反应法和普通烧结工艺,制备了A位和B位复合的(Na0.5+xK0.44Li0.06–x)Nb0.95Sb0.05O3(x=0,0.006,0.012)系无铅压电陶瓷样品,并对样品的压电、机电性能进行了研究。结果表明:该陶瓷系列具有很高的压电应变常数(x=0.006时d33=243pC/N)、低的介质损耗(tanδ<2×10–2)、较高的机电耦合系数(x=0.012时,k33=0.632)、高的铁电顺电相变温度(tC约400℃)。这些性能显示了它是一种替代铅基PZT的具有很好应用前景的无铅压电陶瓷。     

非化学计量比Li_(2+x)ZnTi_3O_(8+0.5x)微波介质陶瓷的性质研究

采用传统固相反应法制备Li2+xZnTi3O8+0.5x微波介质陶瓷,研究了A位Li的非化学计量比对Li2+xZnTi3O8+0.5x陶瓷的烧结特性、相结构及微波介电性能的影响。结果表明:随着Li2+xZnTi3O8+0.5x(x=–0.2～+0.2)陶瓷中Li含量的逐渐增加,TiO2相逐渐消失,陶瓷的致密度逐渐升高,介电常数逐渐降低,Q.f值先上升再下降,谐振频率温度系数逐渐降低,然后保持不变。当x=–0.05时,Li1.95ZnTi3O7.975陶瓷取得最佳的综合微波介电性能:εr=26.41,Q.f=65 200 GHz,τf=–4.16×10–6/℃。     

Bi改性铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的温度稳定性

铌酸钾钠基压电陶瓷(Na0.53K0.41Li0.06)Nb0.955Sb0.045O3的正交–四方多型相变在室温附近,具有良好的压电性能,但其温度稳定性很差。通过掺杂Bi2O3,使该陶瓷的正交–四方多型相变温度tO-T从15℃降低到了–9℃,同时保持了较高的居里温度tC(368℃),从而显著改善了其压电性能的温度稳定性。由于Bi3+施主掺杂作用和Sb5+较强的电负性,改性后的陶瓷保持了优良的电学性能:d33=213pC/N,kp=0.441,ε3T3=1319,tanδ=0.016。     

溶胶–凝胶法制备NBT-KBT系陶瓷及其电性能

采用sol-gel法制备(1–x)Na0.5Bi0.5TiO3-xK0.5Bi0.5TiO3(x=0.12~0.50)系无铅压电陶瓷。XRD分析表明,当x=0.18~0.30时陶瓷具有三方–四方相共存的晶体结构,为该陶瓷的准同型相界(MPB)。在MPB附近存在最佳的电性能:d33为150pC/N,kp为36.7%,ε3T3/ε0为1107,tanδ为1.1×10–2,Qm为168.8,Np为2949.7Hz·m。与常规固相法相比,sol-gel法有利于提高该陶瓷的电性能。分析了该陶瓷材料在1,10和100kHz下的介电温谱,发现该陶瓷是一类弛豫型铁电体材料。     

B位取代钛酸铋钠基压电陶瓷的结构与性能

采用传统固相反应制备出了0.80Na0.5Bi0.5TiO3-0.20K0.5Bi0.5TiO3(NKBT)基无铅压电陶瓷材料,研究了高化合价离子(Sb5+, Nb5+,W6+) B位掺杂对NKBT基无铅压电陶瓷结构与性能的影响.结果表明,掺杂等量Sb3+、Nb5+和W6+后,NKBT基陶瓷的主晶相仍然为钙钛矿相结构,其中掺杂Sb5+和Nb5+时,陶瓷中分别出现少量Sb6O13和Nb2O5相.掺杂离子的相对原子质量越大,陶瓷的压电常数d33越大.W6+为最优掺杂离子.不同W6+含量的NKBT陶瓷的主晶相均为钙钛矿相,当W6+摩尔分数为8%时,出现焦绿石相Bi14W2O27.W6+的固然极限为4%.随着W6+摩尔分数的增加,材料的介电常数εr、d33及居里温度TC减小,介电损耗tan δ增加.当W6+的摩尔分数为1%时,陶瓷的性能达到最佳,其d33、εr、tan δ、TC分别为123 pC/N,1 352、0.042 9,318 ℃.     

铌锑酸镁陶瓷的烧结和微波介电性能

用固相反应法制备了一系列铌锑酸镁(Sb含量x≤2)陶瓷,研究了该陶瓷的烧结性能、物相结构和微波介电性能。结果表明,当x≤1.6时,铌锑酸镁形成了连续固溶体,少量Sb5+对Nb5+的取代(0.4≤x≤0.8),使得陶瓷最佳烧结温度从1400℃降到1300℃,而材料εr和Q·f值没有降低。1300℃,5h烧结的铌锑酸镁陶瓷具有优异的微波介电性能:εr为11.61,Q·f为169820GHz,τf为–54.4×10–6℃–1。     

BT-BKT无铅压电陶瓷的性能研究

通过在BaTiO3(BT)中加入不同含量的Bi0.5K0.5TiO3(BKT),研究了(1–x)BT-xBKT系无铅压电陶瓷的性能特征。经1200℃空气气氛2～4h烧结的陶瓷形成了钙钛矿结构固溶体单一相。陶瓷的介电、压电、铁电性质受BKT含量的影响显著。随着BKT的加入,陶瓷表现出一定的弛豫型铁电体特征。当x为0.20时,陶瓷具有较小的tanδ,并且介电性能稳定。tC及EC随BKT添加量的增加而增大。当x为0.20时,陶瓷的tC达182℃,d33达到63pC/N;x为0.10时,Pr达最大值9.4×10–6C/cm2。     

适用多层压电降压变压器的改性钛酸鉛研究

为了获得适用于厚度振动模式的低温共烧多层压电降压变压器材料,采用A、B位取代及添加低共熔物,研制了组成为(Pb0.98–xCaxCd0.02)(Ti1–yMny)O3+1%(质量分数)Bi4Ti3O12+z%SiO2的改性压电陶瓷。当钙离子取代25%离子,锰离子取代2%钛离子,并在体系中添加0.08%(质量分数)SiO2时,该材料表现出良好的压电和介电性能。在1000℃烧结时,kt为0.48,kp为0.032,Qm为450,tgδ为1×10–2,为172,居里温度tC为320℃。     

Ca[(Li_(1/3)Nb_(2/3))_(0.95)Zr_(0.15-x)Ti_x]O_(3+δ)陶瓷的微波介电性能

研究了Zr和Ti复合取代Ca[(Li1/3Nb2/3)0.95Zr0.15-xTix]O3+δ(0≤x≤0.15,CLNZT)陶瓷B位对其晶体结构及微波介电性能的影响,并分析了谐振频率温度系数τf随容忍因子t的变化关系。当0≤x≤0.15时,CLNZT陶瓷为单一斜方钙钛矿相,随x的增加,τf由–9.4×10–6/℃变为–15.8×10–6/℃,而品质因数与谐振频率乘积Q·f值先增大,x=0.10时又开始下降。当x=0.10时,陶瓷具有较好的微波介电性能:εr为32.8,Q·f值为1.66×104GHz,τf为–13.6×10–6/℃。     

锂掺杂BNKT无铅压电陶瓷的制备与电学性能

采用传统电子陶瓷工艺制备了无铅压电陶瓷Bi0.5(Na0.825K0.175)0.5TiO3+x%Li2CO3(x=0～10,质量分数),利用X线衍射(XRD)和扫描电镜等测试技术分析表征了该体系陶瓷的结构、介电与压电性能。结果表明,Li的添加改善了该体系陶瓷的烧结性能,烧结温度明显降低,弛豫程度增强;XRD结果表明,x<5.0时,陶瓷具有单一钙钛矿结构。Li的引入改善了该体系的电学性能,室温下该体系的压电常数d33可达174 pC/N,平面机电耦合系数kp达到29.7%。掺Li后,该陶瓷的去极化温度(Td)有所提高,其中当锂的质量分数增至1.0时,该陶瓷的Td高达180℃。     

[(Bi1-x-yLax)Na1-y]0.5BayTiO3压电陶瓷的性能与微结构

针对钛酸铋钠(Bi0.5Na0.5TiO3)基无铅压电铁电材料,提出了新型的ABO3型A位多重复合无铅压电陶瓷体系[(Bi1-x-yLax)Na1-y]0.5BayTiO3;利用传统陶瓷工艺和电子陶瓷公司生产中使用的原料,制备了该体系陶瓷;研究了该陶瓷的压电性质与微观结构。研究结果表明,该体系陶瓷具有单相钙钛矿结构;其压电常数d33可达183 pC/N,其机电耦合系数kp可达0.355;适量La3+对Bi3+的取代改善了压电性能;在1 175℃,2 h的烧结条件下,能够获得致密的[(Bi1-x-yLax)Na1-y]0.5BayTiO3陶瓷;La3+的引入抑制了晶粒的生长,高La含量的陶瓷晶粒较小。     

新型无铅压电陶瓷的研制

针对钛酸铋钠(Bi0.5Na0.5TiO3)基复合钙钛矿压电铁电材料,提出了多种新的ABO3型A位多重复合无铅压电陶瓷体系,利用传统陶瓷工艺制备了这些压电陶瓷,报道了其常温铁电压电性能和铁电压电性能的温度依存关系。对比迄今为止国际上专利和文章报道的无铅压电陶瓷体系可知,这些新的无铅压电陶瓷具有压电铁电性能优良,铁电电滞回线矩形度高,压电铁电性能的温度特性好等特点。所测得的一个体系的d33可达230 pC/N,同时其kp可达0.40, Pr可达40106C/cm2;而且,该体系在温度到达近200℃时还具有很好的铁电电滞回线。     

先驱体法制备Pb1-xSrx(Mn1/3Sb2/3)aZrbTicO3压电陶瓷的压电和介电性能

采用先驱体法制备了Pb1-xSrx(Mn1/3Sb2/3)aZrbTicO3压电陶瓷。通过XRD研究表明,随着Sr2+取代量的增加,相界向富锆方向移动,并改善了相界附近组分的压电性能和介电性能。与传统的固相合成制备工艺相比,先驱体法制备的陶瓷具有优良的压电性能,所得样品的综合性能:r为1791,tg为0.0035,d33为454?0-12C種-1,kp为0.61。     

关于无铅压电陶瓷及其应用的几个问题

综合分析无铅压电陶瓷在压电陶瓷材料中的地位,指出要想让无铅压电陶瓷完全取代铅基压电陶瓷在现阶段是不可能的,但对大量的压电中端应用和低端应用,无铅压电陶瓷材料与器件大有用武之地;给出了目前无铅压电陶瓷研究的主要体系,包括BaTiO3基无铅压电陶瓷、Bi1/2Na1/2TiO3(BNT)基无铅压电陶瓷和铌酸盐系无铅压电陶瓷;分析了当前无铅压电陶瓷研究开发应注意的问题,并对今后研究开发的相关方向,如提高机电耦合系数(k)、压电常数(d)和机械品质因数(Qm)等,提出了一些建议。     

铌钽酸盐无铅压电陶瓷的制备与性能

用常规氧化物固溶方法制备了无铅压电铌钽酸盐(Na0.50K0.35Li0.1Ag0.05)(Nb1-xTax)O3 (x = 0,0.025 0,0.050 0,0.072 5)材料,研究了该材料的介电、压电性能随x的变化关系。实验发现x = 0.050 0在1 102℃条件下烧结的陶瓷,其压电常数d33高达117 pC/N,机电耦合系数kt、kp和k33分别为34%、25%和41%,相对介电常数T33e/e0 为617,机械品质因数Qm为121。该压电陶瓷是一高温压电陶瓷,四方–立方相变温度高达600℃以上。     

Bi0.5(Na1-xKx)0.5TiO3系陶瓷的压电性质与微观结构

利用传统陶瓷工艺制备了Bi0.5(Na1-xKx)0.5TiO3系无铅压电陶瓷,研究了该陶瓷的压电性质与微结构。研究结果表明,Bi0.5(Na1-xKx)0.5TiO3陶瓷的压电常数d33=142.2 pC/N、机电耦合系数kp=0.315;随着K+含量的增加,陶瓷晶粒尺寸有细化的趋势;低K+含量时,陶瓷晶粒的“棱角”相当“钝化”,而高K+含量时,陶瓷晶粒的“棱角”明显而“尖锐”,K+促进了陶瓷晶粒在特定方向的生长;对Bi0.5(Na1-xKx)0.5TiO3陶瓷进行了A位离子改性研究,提出了新型的压电性质优良的BNT基无铅压电陶瓷体系。     

PNiTa-PZT三元系压电陶瓷性能

采用传统陶瓷工艺制备了0.02Pb(Ni1/3Ta2/3)O3+0.98Pb(ZrxTi1–x)O3(x=0.50~0.55,PNiTa-PZT)三元系压电陶瓷,研究了n(Zr)/n(Ti)变化对陶瓷性能的影响。结果表明:随其比值的变化,陶瓷样品均为钙钛矿结构,且对陶瓷显微结构影响不大;当n(Zr)/n(Ti)为52/48时,陶瓷具有较优的压电、介电性能:kp为0.583,d33为266pC/N,tC为394℃,tanδ为0.0055,ε3T3/ε0为1297。其中tC比目前文献报道的PZT基压电材料高30~50℃,有望在高温压电陶瓷领域获得应用。     

稀土元素Pr替位改性的高温CaBi_2Nb_2O_9压电陶瓷

采用普通陶瓷工艺制备了由稀土元素Pr替位改性的高温Ca1-xPrxBi2Nb2O9(x=0～0.100)无铅压电陶瓷,研究了Pr含量对CaBi2Nb2O9(CBNO)压电陶瓷介电及压电性能的影响。结果表明:Pr对Ca的替换明显提高了CBNO压电陶瓷的压电性能。其中,Pr含量x为0.050的Ca0.95Pr0.05Bi2Nb2O9压电陶瓷表现出最好的压电性能,其压电常数d33高达14pC/N,且在800℃以下表现出良好的温度稳定性。