氧化锌引入对BCZT基无铅压电陶瓷组织结构与电性能的影响

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PZT基压电陶瓷材料因为其优异的压电性能被广泛应用于日常生产生活和军工中,如换能器、制动器、马达等。但是PZT基压电陶瓷在烧结过程铅容易挥发,会污染环境,对人的身体健康不利。为了发展对环境友好型的压电陶瓷材料,研究人员致力于研发出一种无铅压电陶瓷材料来取代PZT基压电陶瓷材料。BCZT压电陶瓷是一种新型的二元系陶瓷,在其准同型相界(MPB)附近具有较高的压电性能,其压电性能能够和PZT基压电陶瓷相媲美。但是,由于BCZT压电陶瓷仍存在很多缺点(如居里温度低,烧结温度高),限制了BCZT压电陶瓷的应用。有研究表明,在PZT基、BNT基和KNN基压电陶瓷中掺杂ZnO可以有效的促进晶粒生长和提高陶瓷的电学性能。本论文采用传统固相烧结法制备了具有优异性能的BCZT压电陶瓷,并且系统的研究了ZnO引入对BCZT基无铅压电陶瓷组织结构与电性能的影响,研究结果如下:(1)研究了ZnO含量对(Ba0.85Ca0.15)(Ti0.9Zr0.1)O3-xwt.%ZnO(x=0,0.025,0.05,0.075,0.1)体系陶瓷的相组成、显微形貌、压电性能以及铁电性能的影响。研究结果表明,当ZnO的掺杂量为0.05时,压电陶瓷样品具有最佳的综合性能:d33=341p C/N,kp=0.41,εr=4381,tanδ=1.38%,Pr=7.31μC/cm2,Ec=2.53k V/cm。(2)研究了ZnO粒径对(Ba0.85Ca0.15)(Ti0.9Zr0.1)O3-0.05wt.%ZnO压电陶瓷的陶瓷的相组成、显微形貌、压电性能、介电弛豫行为以及铁电性能的影响。通过综合分析可以得出,当掺杂ZnO的粒径为5μm时,压电陶瓷样品具有最佳的综合性能:d33=337p C/N,kp=35.8%,εr=4399,tanδ=2.25%,Pr=8.28μC/cm2,Ec=2.57k V/cm。(3)研究了Bi Al O3含量对(Ba0.85Ca0.15)(Ti0.9Zr0.1)O3陶瓷相结构、微观结构、压电性能和铁电性能的影响。研究结果表明,当Bi Al O3的掺杂量x=0.02时,压电陶瓷样品具有最佳的综合性能:d33=332p C/N,kp=39.9%,εr=3320,tanδ=1.56%,Pr=8.35μC/cm2,Ec=2.3k V/cm。(4)以0.98(Ba0.85Ca0.15)(Ti0.9Zr0.1)O3-0.02Bi Al O3+xwt.%ZnO陶瓷配方,采用了传统的固相烧结法成功制备了BCZT-BAO+xwt.%ZnO压电陶瓷。研究结果表明,当ZnO的掺杂量x=0.025时,压电陶瓷样品具有最佳的综合性能:d33=343p/CN,kp=41%,εr=4387,tanδ=2.27%。(5)研究了无铅压电陶瓷BCZT-BAO和ZnO-Pr6O11系压敏陶瓷多相复合功能陶瓷,从物相、显微结构、电学性能等方面对样品进行分析。研究结果表明,当二者摩尔比为1.2:1和1:1.2时,样品同时具备压电和压敏性能;当二者比例为1:1时,样品不具备压电性能;当二者摩尔比为1.4:1时,样品不具备压敏性能。
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