12、无铅压电陶瓷Bi05Na05TiO3-Ba08Sr02TiO3的铈铋沉积及性能研究

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1、无铅压电陶瓷Bio5Na05TiO3-Ba。8Sr02Ti03的舖钝沉积及性能研究黄腾飞*谢阿梅汪清赵娣芳高淑静马俊涵(合肥学院化学与材料工程系，安徽合肥230601)摘要本实验采用传统陶瓷工艺技术制备了无铅压电陶瓷(Bi0sNa05)094(Ba0sSro2)0oeTi03-x(wt%)Ce02-1.5%molBi203(缩写为：BNBST-x)。研究表明：对于掺杂Ce(h不同量的BNBST-x系压电陶瓷，在CeO?的掺杂含量为0.2wt%时，陶瓷性能最佳，其中压电常数岛二91pC/N、平面机电耦合系数心二0.31、介电常数"二1666及介质损耗tan8=0.042；极化电压为4.5k

2、V/mm、极化温度为70°C、极化时间为40min是合适的极化条件。关键词压电陶瓷；Ce02；掺杂；固相法；压电效应1引言压电陶瓷是i种可实现机械能与电能转换的重要的功能材料，目前广泛使用的是以Pb(Ti,Zr)TiO3为基的含铅陶瓷材料。无铅压电陶瓷与这类材料相比，性能上还存在很大的差距，但无铅压电陶瓷无污染、无公害、利于环保，具有环境协调性这一优势，其研究引起各国的高度重视。(Bi0.5Nao.5)Ti03(缩写为：BNT)具冇铁电性强、压电常数大、介电常数小、声学性能好、烧结温度低等优点，是一种优异的无铅压电陶瓷候选材料。综合文献资料来看，BNT-BaTiOs体系的无铅压电陶瓷体系

3、表现出优良的压电性能，在此基础上人们进行了掺杂改性研究，进一步提高了其各项性能。但是，BNT-SrTiOs体系的相关研究结果不太理想，例如，吴裕功等人发现：S严取代BNT材料的A位复合离了，使得改性材料的矫顽场有了较人幅度的降低，极化变得相对容易，铁电相与反铁电相的转变温度T”在180〜210°CZ间,但它们制得的样品的压电性能(d33=100Pc/N、心=0.45)并不理想。以BNT为基体陶瓷组元，引入SrTiO3>BT可以组成BNT-SrTiO3-BT三元系压电陶瓷，虽然BNT-SrTiO3体系的研究不太理想，通过这种BNT-SrTiOs-BT三元系以及合适的配比等希望得到良好的性能

4、。因此木文以BNT-SrTiO3-BT三元系压电陶瓷为基础，采用传统电了陶瓷制备工艺和XRD、SEM等现代测试分析手段，研究了BNT、SrTiO3>BT三者组成、制备工艺条件、掺杂改性等对该三元系压电陶瓷物相组成，显微结构以及压电、介电性能的彩响，探讨材料压电、介电性能与制备工艺、组成、结构之间的关系，期望可以制备出一种貝-有较高压电活性，较高介电性能的无铅压电陶瓷。2实验本实验对配方(Bio.5Nao.5)o.94(Bao.8Sro.2)o.o6Ti03-x%Ce02-1.5%molBi2O3中,掺杂相为CeO?、Bi2Ov其掺杂量分别为：0.0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.7

5、。将按照配比称量好的药品放入玛瑙研钵内混仑，并加入适最无水乙醉湿磨3h后，烘干待下一步使用。加入适量的粘结剂，造粒得到流动性好的颗粒；在一定压力下干压成型，获得厚度为1.0〜1.5mm、直径为13.0mm的生坏片；并在1120弋下、烧结4h得到致密的陶瓷片。将清洗好的陶瓷片用真空溅射仪镀上银电极，在硅汕温度为60°C＞极化肓流电压为3.5Kv/mm〜4.5Kv/mm的条件下极化30min,放置24h后，测试各项性能。用ZJ・3A准静态测量仪（小国科学院声学研究所）测量〃33；用LCR数字电桥（TH2816A）在常温下测得10kHz吋陶瓷样品的介电常数&和介电损耗tang；采JIJHP42

6、94A阻抗分析仪测量陶瓷样品的谐振频率、反谐振频率、谐振阻抗和电容，然后计算岀陶瓷的机械品质因索岔和机电耦合系数心。3结果与讨论本实验采用ZJ-3AN准静态必测试仪测试各陶瓷样品的压电常数值，测试前陶瓷样品均要放置24小时。3.1烧结温度对BNBST-x系压电陶瓷性能影响图1为陶瓷样品在不同烧结温度下的压电常数值（10kHz）o从图1可以看出，随着烧结温度的升高，各组分的压电常数开始先缓慢增加后有缓慢减小。综合分析图1可以看出，在1110°C附近烧结的陶瓷样品具冇木体系中最好的压电常数。图1陶瓷样品压电常数必3与不同烧结t温度的关系3.2Ce02含量对烧结温度1110°CBNBST-x系

7、压电陶瓷性能影响图2衣示烧结不同Cc02掺杂屋的陶瓷样品的压电性能的影响（10kHz）o从图2-4我们可以看出，随着CeO?掺杂屋的增多，压电常数必和平面机电耦合系数厶缓慢增至最大（CeO?掺杂量为0.2wt%时，最大rfJ3=91pC/N；Ce02掺杂量为0.2wt%时，最大心二0.302）,然后随着Ce02掺杂量继续增人迅速地减小。度pv与CcO2掺杂量的关系图3表示陶瓷样品的不同SO?掺杂量与机械品质因数4、体积密度的影响。从