鋯鈦酸鍶鋇陶瓷成分調(diào)制與電學(xué)性能研究.pdf

1、早在1942年，就有學(xué)者發(fā)現(xiàn)鈦酸鋇(BaTiO3，BT)可以作為鐵電壓電材料。但純的鈦酸鋇陶瓷的壓電系數(shù)只有190 pC/N左右，這與鋯鈦酸鉛陶瓷可以達到500-600 pC/N的壓電系數(shù)相去甚遠。鋯鈦酸鉛陶瓷的優(yōu)良壓電性能是由于調(diào)整鋯/鈦元素比從而得到了準同型相界。
　　鐵電材料的機電性能與其相結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系。近年來，有許多工作致力于在室溫下構(gòu)造鈦酸鋇基陶瓷與鈮酸鉀鈉基陶瓷的菱方相-正交相(R-O)，正交相-四方相(O-T)

2、以及四方相-菱方相(T-R)相界并成功的在溫度-組分相圖中得到了分離的多晶相轉(zhuǎn)變區(qū)域(PPT)或者準同型相界(MPB)。比如說，可以通過摻入較大的B位離子，來得到O-T以及R-O的多晶轉(zhuǎn)變區(qū)域。但這兩個區(qū)域往往在相隔很遠的組分區(qū)域內(nèi)。
　　基于以上的一些經(jīng)驗，本論文嘗試在鈦酸鋇陶瓷中尋找一個合適的組分使鈦酸鋇基的固溶體存在兩個甚至多個鐵電相的過渡共存，從而得到優(yōu)良的機電性能。在元素周期表中，鍶元素(Sr)位于鋇元素(Ba)上方，而

3、鋯元素(Zr)則正好處于鈦元素(Ti)的下方。也就是說，每一種元素都能夠與鈦酸鋇形成連續(xù)固溶體。
　　在本工作中，首先以固相反應(yīng)法合成了鋯鈦酸鍶鋇陶瓷(Ba0.95Sr0.05ZrxTi(1-x)O3，BSZT, x=0.05，0.10，0.15，0.20）.研究結(jié)果表明，當鋯含量為5％時，在1400℃下燒結(jié)的陶瓷樣品具有最優(yōu)異的機電性能。在此條件下，鋯鈦酸鍶鋇陶瓷的剩余極化強度為12.1μC/cm2，介電常數(shù)峰值εrpeak≈1

4、2600，室溫下的介電常數(shù)為εrRT≈3500，其壓電系數(shù)為355 pC/N。居里溫度大約在100℃左右。
　　為了進一步研究鋯鈦酸鍶鋇陶瓷的相結(jié)構(gòu)與其機電性能的關(guān)系，本論文又以固相反應(yīng)法合成了鋯鈦酸鍶鋇陶瓷(Ba0.95Sr0.05ZrxTi(1-x)O3，BSZT, x=0.01-0.10)。通過控制摻雜元素和組成比以在室溫附近產(chǎn)生相鄰的相界，從而達到相對于組成成分穩(wěn)定的壓電性能?；诙嗑噢D(zhuǎn)變(PPT)溫度組成（TPPT-x

5、）關(guān)系的優(yōu)化設(shè)計，本論文在BSZT陶瓷中成功合并了室溫附近的正交相-四方相(O-T)和菱方相-正交相(R-O)的PPT區(qū)域。研究表明，室溫附近的兩個相鄰PPT區(qū)域在性能增強方面表現(xiàn)出不同的特征。然而，由于相界的接近，Ba0.95Sr0.05ZrxTi(1-x)O3陶瓷在相當寬的組成范圍(0.02≤x≤0.07)中，在室溫附近表現(xiàn)出優(yōu)異的壓電性能，包括大的壓電系數(shù)（312 pC/N≤d33≤365 pC/N）和高的機電耦合系數(shù)kp（0.4