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压电陶瓷是一种能够实现机械能和电能相互转换的功能材料,但是现阶段绝大数压电材料含有铅,而 PbO在烧结过程中具有相当大的挥发性,对人体和环境造成危害。压电陶瓷的无铅化成为全社会关注的焦点。因此,研究高性能的环境友好型压电材料及其制品是目前电子元器件行业的一项紧迫任务,具有十分重大的现实意义。BCZT基无铅压电陶瓷由于其优异的压电性能,被寄予能取代含铅压电陶瓷且达到预期效果的无铅压电材料之一。 稀土元素常被用来改善压电陶瓷的烧结性能并利于获得稳定的电学性能和压电性能等综合特性。本论文采用传统的固相烧结制备方法,(Ba0.85Ca0.15)(Zr0.10Ti0.90)O3(B0.85CZT)和(Ba0.99Ca0.01)(Zr0.02Ti0.98)O3(B0.99CZT)基无铅压电陶瓷,研究了Ga2O3,Dy2O3, Ba(Cu0.5W0.5)O3(BCW)掺杂BCZT的制备工艺和BCZT基无铅压电陶瓷的微观结构、组织、压电及介电性能等。主要内容和创新之处如下: 系统研究了(Ba0.85Ca0.15)(Zr0.10Ti0.90)O3-xwt％Ga2O3合成和烧结工艺,及陶瓷组成、结构以及压电、介电、铁电等性能的影响,确定了最佳工艺路线:烧结温度为1380℃,保温时间6h,在掺杂量为0.1wt%时获得最佳性能:d33=705pC/N,kp=60%,Qm=109,εr=4550,tanδ=1.8%。居里温度维持在85℃。 研究(Ba0.85Ca0.15)(Zr0.10Ti0.90)O3-xwt%Dy2O3体系压电陶瓷的成分与结构,显微组织,介电,压电和铁电的关系,发现Dy的掺杂能够大幅度降低了B0.85CZT的烧结温度,烧结温度降到了1350℃,其居里温度为92℃。当掺杂量为0.04wt%时,陶瓷样品获得最佳压电性能:d33=545pC/N,kp=48.2%,Qm=117,tanδ=1.3%,εr=3715。表明(Ba0.85Ca0.15)(Zr0.10Ti0.90)O3-xwt%Dy2O3无铅压电陶瓷具有十分优良的应用前景。 研究了(Ba0.85Ca0.15)(Zr0.10Ti0.90)O3- xwt%BCW体系压电陶瓷的成分与结构,显微组织,介电,压电和铁电的关系,BCW是一种复合添加物,它既有CuO的性能,又有WO3的作用,发现BCW的掺杂能够大幅度降低了B0.85CZT的烧结温度,烧结温度降到了1350℃,其居里温度为95℃。当掺杂量为0.10wt%时,陶瓷样品获得最佳压电性能:d33=555pC/N,kp=55.3%,Qm=128,tanδ=1.4%,εr=3540。 系统研究了(Ba0.99Ca0.01)(Zr0.02Ti0.98)O3-xwt%Ga2O3合成和烧结工艺,以及对陶瓷组成、结构以及压电、介电、铁电等性能的影响,确定了最佳工艺路线:烧结温度为1340℃,保温时间4h,在掺杂量为0.08wt%时获得最佳性能:d33=440pC/N,kp=56%, Qm=132,εr=3200,tanδ=1.85%。居里温度维持在120℃。 研究了(Ba0.99Ca0.01)(Zr0.02Ti0.98)O3- xwt%BCW体系压电陶瓷的成分与结构,显微组织,介电,压电和铁电的关系,烧结温度为1350℃,当掺杂量为0.1wt%时,居里温度达到了125℃。然而压电性能降低。d33=300pC/N,kp=30%,Qm=68,tanδ=1.6%,εr=2874。