鋯鈦酸鋇鈣基無鉛壓電陶瓷的摻雜改性研究.pdf

1、壓電陶瓷是一種能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械能和電能相互轉(zhuǎn)換的功能材料,但是現(xiàn)階段絕大數(shù)壓電材料含有鉛,而 PbO在燒結(jié)過程中具有相當(dāng)大的揮發(fā)性,對人體和環(huán)境造成危害。壓電陶瓷的無鉛化成為全社會關(guān)注的焦點(diǎn)。因此,研究高性能的環(huán)境友好型壓電材料及其制品是目前電子元器件行業(yè)的一項(xiàng)緊迫任務(wù),具有十分重大的現(xiàn)實(shí)意義。BCZT基無鉛壓電陶瓷由于其優(yōu)異的壓電性能,被寄予能取代含鉛壓電陶瓷且達(dá)到預(yù)期效果的無鉛壓電材料之一。
　　稀土元素常被用來改善壓電陶瓷的燒結(jié)

2、性能并利于獲得穩(wěn)定的電學(xué)性能和壓電性能等綜合特性。本論文采用傳統(tǒng)的固相燒結(jié)制備方法,(Ba0.85Ca0.15)(Zr0.10Ti0.90)O3(B0.85CZT)和(Ba0.99Ca0.01)(Zr0.02Ti0.98)O3(B0.99CZT)基無鉛壓電陶瓷,研究了Ga2O3,Dy2O3, Ba(Cu0.5W0.5)O3(BCW)摻雜BCZT的制備工藝和BCZT基無鉛壓電陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)、組織、壓電及介電性能等。主要內(nèi)容和創(chuàng)新之處如下:

3、
　　系統(tǒng)研究了(Ba0.85Ca0.15)(Zr0.10Ti0.90)O3-xwt％Ga2O3合成和燒結(jié)工藝,及陶瓷組成、結(jié)構(gòu)以及壓電、介電、鐵電等性能的影響,確定了最佳工藝路線:燒結(jié)溫度為1380℃,保溫時間6h,在摻雜量為0.1wt%時獲得最佳性能:d33=705pC/N,kp=60%,Qm=109,εr=4550,tanδ=1.8%。居里溫度維持在85℃。
　　研究(Ba0.85Ca0.15)(Zr0.10Ti0.9

4、0)O3-xwt%Dy2O3體系壓電陶瓷的成分與結(jié)構(gòu),顯微組織,介電,壓電和鐵電的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)Dy的摻雜能夠大幅度降低了B0.85CZT的燒結(jié)溫度,燒結(jié)溫度降到了1350℃,其居里溫度為92℃。當(dāng)摻雜量為0.04wt%時,陶瓷樣品獲得最佳壓電性能:d33=545pC/N,kp=48.2%,Qm=117,tanδ=1.3%,εr=3715。表明(Ba0.85Ca0.15)(Zr0.10Ti0.90)O3-xwt%Dy2O3無鉛壓電陶瓷具有十

5、分優(yōu)良的應(yīng)用前景。
　　研究了(Ba0.85Ca0.15)(Zr0.10Ti0.90)O3- xwt%BCW體系壓電陶瓷的成分與結(jié)構(gòu),顯微組織,介電,壓電和鐵電的關(guān)系,BCW是一種復(fù)合添加物,它既有CuO的性能,又有WO3的作用,發(fā)現(xiàn)BCW的摻雜能夠大幅度降低了B0.85CZT的燒結(jié)溫度,燒結(jié)溫度降到了1350℃,其居里溫度為95℃。當(dāng)摻雜量為0.10wt%時,陶瓷樣品獲得最佳壓電性能:d33=555pC/N,kp=55.3%,Q

6、m=128,tanδ=1.4%,εr=3540。
　　系統(tǒng)研究了(Ba0.99Ca0.01)(Zr0.02Ti0.98)O3-xwt%Ga2O3合成和燒結(jié)工藝,以及對陶瓷組成、結(jié)構(gòu)以及壓電、介電、鐵電等性能的影響,確定了最佳工藝路線:燒結(jié)溫度為1340℃,保溫時間4h,在摻雜量為0.08wt%時獲得最佳性能:d33=440pC/N,kp=56%, Qm=132,εr=3200,tanδ=1.85%。居里溫度維持在120℃。