(K1/2Bi1/2)TiO3-Bi(M’M”)O3复合无铅压电陶瓷的性能研究

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压电陶瓷作为一种重要的功能材料,被广泛的应用于滤波器、致动器、传感器、变压器和换能器等电子器件上。基于环境保护的要求,开发无铅压电陶瓷是目前研究的一项重点。其中,钛酸铋钾(K1/2Bi1/2)TiO3(KBT)基无铅压电陶瓷体系近年来开始受到了广泛的关注。在本课题的研究中,笔者希望通过复合改性来获得性能优异的(K1/2Bi1/2)TiO3基无铅压电陶瓷。  本文采用传统的固相烧结法制备了(1-x)K1/2Bi1/2TiO3-xBi(Mg1/2Zr1/2)O3和(1-y)K1/2Bi1/2TiO3-yBi(Mg1/2Ti1/2)O3两种KBT基二元无铅压电陶瓷。运用X射线衍射,扫描电子显微镜等显微分析手段分析了陶瓷的微观结构和形貌及其变化规律;运用介电测试系统、数字电桥、铁电参数测试系统、压电常数测试仪等对样品的介电,铁电,压电等性能经行了测量和分析,并讨论了结构变化与性能之间的关系。  对(1-x)K1/2Bi1/2TiO3-xBi(Mg1/2Zr1/2)O3复合体系陶瓷的研究表明:随着Bi(Mg1/2Zr1/2)O3(BMZ)含量的增加,陶瓷的相结构由四方相向赝立方相转变,在x=0.01组分附近为四方相和赝立方相共存的准同型相界(MPB)区;同时,随着BMZ的加入,该体系的弛豫性增强。铁电及电致伸缩测试都表明在MPB附近,即x=0.01处,陶瓷表现出最好的铁电及电致伸缩性能,准静态d33和动态d33*分别为65pC/N和85pm/V。这说明,通过加入BMZ可以构建MPB,并且在MPB区域附近可以获得优异的电性能。  对(1-y)K1/2Bi1/2TiO3-yBi(Mg1/2Ti1/2)O3复合体系陶瓷的研究表明:随着Bi(Mg1/2Ti1/2)O3(BMT)含量的增加,陶瓷的相结构由四方相向赝立方相转变,在y=0.01组分附近为四方相和赝立方相共存的准同型相界(MPB)区;同时,随着BMT的加入,该体系的弛豫性增强。压电性能测试表明,在y=0.01组分处,陶瓷表现出最好的压电性能,准静态d33为95pC/N;电致伸缩性能测试表明,在y=0.04组分处,陶瓷表现出最好的电致伸缩性能,动态d33*为78pm/V。这些结果表明,加入BMT可以优化KBT的电性能。  对KBT-Bi(MM")O3体系的介电性能研究过程中发现,Bi(MM")O3的加入使得体系的弛豫性增强,通过交流阻抗谱的测试分析,笔者认为这种增强的弛豫行为,是因为Bi(MM")O3的加入促进陶瓷内极性微区(PNRs)的形成,从而使陶瓷体系表现出增强的弛豫行为。
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