SrCaBi4Ti5O18基陶瓷摻雜改性及高溫性能研究.pdf

1、SrCaBi4Ti5O18(SCBT)基陶瓷具有高居里溫度、高機(jī)械品質(zhì)因數(shù)、機(jī)電耦合系數(shù)各向異性大、溫度穩(wěn)定性好和漏電流小等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于高溫壓電材料領(lǐng)域。本論文從離子取代改性和添加物改性?xún)蓚€(gè)方面對(duì)SCBT基陶瓷進(jìn)行了摻雜改性研究。主要內(nèi)容及結(jié)論如下：
　　1、用固相合成法制備SrCaBi4-xEuxTi5O18(x=0,0.02,0.04,0.06)和SrCaBi4-xHoxTi5O18(x=0,0.02,0.04,0.06

2、)鉍層狀無(wú)鉛壓電陶瓷，研究了Eu3+和Ho3+離子摻雜對(duì)SCBT陶瓷的微觀(guān)形貌及電性能的影響。研究結(jié)果表明，所制備的陶瓷樣品均為單一的鉍層狀結(jié)構(gòu)。Eu3+的摻雜能抑制陶瓷晶粒的生長(zhǎng)，提高陶瓷壓電常數(shù)d33。在x=0.02時(shí)獲得了綜合性能優(yōu)異的陶瓷，居里溫度為427℃,壓電常數(shù)d33為20pC/N；Ho3+的摻雜能明顯促進(jìn)SCBT陶瓷晶粒的生長(zhǎng)，并且改善了陶瓷的電性能，當(dāng)摻雜量為0.04時(shí)，陶瓷樣品的綜合性能優(yōu)異：剩余極化強(qiáng)度Pr為5μC

3、/cm2，壓電常數(shù)d33為20 pC/N。
　　2、用固相合成法制備Sr1?xCaxNa0.5Bi4.5Ti5O18(x=0.0，0.25，0.5，0.75，1.0)鉍層狀無(wú)鉛壓電陶瓷，研究了Ca2+摻雜對(duì)SrNa0.5Bi4.5Ti5O18(SNBT)陶瓷相結(jié)構(gòu)、微觀(guān)形貌、鐵電性能和壓電性能的影響。Ca2+的摻雜促進(jìn)了陶瓷晶粒的生長(zhǎng)，陶瓷的居里溫度明顯升高。制備了Sr1?xCaxNa0.5Bi4.5Ti5O18+1％CeO2(質(zhì)

4、量分?jǐn)?shù))(x=0.0，0.25，0.5，0.75，1.0)鉍層狀無(wú)鉛壓電陶瓷，研究了CeO2外摻后Ca2+摻雜對(duì)SNBT陶瓷性能影響。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，陶瓷的相結(jié)構(gòu)基本不變，Ca2+的摻雜使陶瓷晶格發(fā)生畸變，晶胞參數(shù)c/a隨摻雜量的增大呈增大的趨勢(shì)，陶瓷的壓電常數(shù)增大，當(dāng)摻雜量x=0.25時(shí)，陶瓷樣品的性能較為優(yōu)異：居里溫度Tc為604 ℃，壓電常數(shù)d33為31 pC/N，剩余極化強(qiáng)度Pr為6.3μC/cm2。
　　3、用固相合成法制備S

5、rNa0.5Bi4.5Ti5O18+x%CeO2(質(zhì)量分?jǐn)?shù))(x=0，0.1，0.2，0.3，0.4)和Sr0.5Ca0.5Na0.5Bi4.5Ti5O18+x%CeO2(質(zhì)量分?jǐn)?shù))(x=0，0.25，0.5，0.75)(SCNBT)鉍層狀無(wú)鉛壓電陶瓷，研究了CeO2摻雜對(duì)陶瓷微觀(guān)結(jié)構(gòu)及其電性能的影響。研究結(jié)果表明CeO2摻雜并未改變SNBT和SCNBT陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)，所制備的陶瓷樣品均為單一的鉍層狀結(jié)構(gòu)陶瓷。CeO2摻雜并未引起SNB

6、T陶瓷居里溫度的明顯變化，均在560 ℃以上；隨CeO2摻雜量增加，SNBT陶瓷材料的介電常數(shù)減小,但其介電損耗先增大后減小。CeO2的摻雜使陶瓷產(chǎn)生晶格畸變，提高了SNBT陶瓷的壓電常數(shù)。當(dāng)CeO2摻雜量為0.3 wt.%時(shí)，得到居里溫度Tc為567 ℃，壓電常數(shù)d33為29 pC/N，介電損耗tanδ為0.015的陶瓷樣品，且在500 ℃退極化處理后，其d33仍保持在22 pC/N以上。CeO2的摻雜促進(jìn)了SCNBT陶瓷晶粒生長(zhǎng)，并