B位復合離子取代BF-BT基高溫壓電陶瓷的微結(jié)構(gòu)與電性能研究.pdf

1、高溫壓電材料被廣泛應用于新型渦輪發(fā)動機、蒸汽機以及核能發(fā)電的自動監(jiān)控,以及航天航空、衛(wèi)星、導彈的自動控制、汽車發(fā)動機燃油監(jiān)控、石化勘探、超聲勘探、冶金、地質(zhì)等眾多特殊領域。在這些領域中,研制出能在高溫下不出現(xiàn)退極化而劣化壓電器件溫度穩(wěn)定性的壓電陶瓷材料非常迫切。
　　本論文選擇 BiFeO3-BaTiO3(BF-BT)體系高溫壓電陶瓷位于準同型相界(MPB)附近的組成0.71BF-0.29BT作為基體組成,研究了 B位復合離子(M

2、g1/2Ti1/2)3+、(Zn1/2Ti1/2)3+及(Mg2/3Nb1/3)4+取代對陶瓷物相與結(jié)構(gòu)、微觀結(jié)構(gòu)、壓電介電、鐵電性能以及溫度穩(wěn)定性的影響,并進一步研究了燒結(jié)溫度和極化工藝對電性能的影響規(guī)律,主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新之處如下:
　　系統(tǒng)研究了 B位復合離子(Mg1/2Ti1/2)3+取代對0.71BiFe1-x(Mg1/2Ti1/2)xO3-0.29BaTiO3(BFMTx-BT, x=0-0.12)對陶瓷晶體結(jié)構(gòu)、電性

3、能以及退極化溫度的影響,結(jié)果表明微量的(Mg1/2Ti1/2)3+取代對陶瓷晶體結(jié)構(gòu)和顯微組織沒有明顯影響。適量(Mg1/2Ti1/2)3+取代提高了壓電常數(shù) d33,但平面機電耦合系數(shù) kp隨取代量的增加則一直降低。(Mg1/2Ti1/2)3+取代明顯增加了壓電性能的溫度穩(wěn)定性,在(Mg1/2Ti1/2)3+取代量x=0.03時,陶瓷的綜合性能最優(yōu):d33=155 pC/N,kp=0.284,Tc=420℃,Td=400℃。最佳燒結(jié)溫

4、度和極化工藝分別為:980oC,6kV/mm、10min、105℃。
　　B位復合離子(Zn1/2Ti1/2)3+取代0.71BiFe1-x(Zn1/2Ti1/2)xO3-0.29BaTiO3(BFZTx-BT, x=0-0.05)陶瓷均形成了鈣鈦礦偽立方結(jié)構(gòu)固溶體,但較高含量(Zn1/2Ti1/2)3+取代抑制晶粒生長。d33和kp都隨著取代量的增加先增加后減少,適量(Zn1/2Ti1/2)3+取代可提高d33的溫度穩(wěn)定性。在取

5、代量為x=0.01時,陶瓷具有最優(yōu)的性能:d33=163 pC/N,kp=0.30, Tc=432℃,Td=420℃。最佳燒結(jié)溫度和極化工藝分別為:980℃,5kV/mm,15min,105℃。
　　系統(tǒng)研究 B位復合離子(Mg2/3Nb1/3)4+取代0.71BiFeO3-0.29BaTi1-x(Mg1/3Nb2/3)xO3(BF-xBTMN, x=0.01-0.09)陶瓷的組成、物相及結(jié)構(gòu)、壓電介電、鐵電性能及溫度穩(wěn)定性。發(fā)現(xiàn)