NaNbO3-Ba0.6(Bi0.5K0.5)0.4TiO3无铅压电陶瓷的制备与性能研究

来源 :四川师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shi_bc
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铅基压电陶瓷因其优良的压电性能而广泛的应用在驱动器、传感器、变压器以及其它的机电器件。但是,铅基陶瓷中含有大量有毒的氧化铅,它们的使用严重的危害了生态环境及人类健康。因此,研发高性能的无铅压电陶瓷具有重要的社会和经济意义。本文采用传统的陶瓷固相反应方法制备了新型的无铅压电陶瓷材料(1-x)NaNbO3-Ba0.6(Bi0.5K0.5)0.4TiO3+1mol%MnO2(缩写为NN-BBKT),并对其相变、微观结构、铁电性能和压电性能进行了研究。此外,也研究了MnO2的掺杂量对材料的微观结构和电学性能的影响。研究结果表明,(1-x)NaNbO3-Ba0.6(Bi0.5K0.5)0.4TiO3+1mol%MnO2无铅压电陶瓷具有单一的钙钛矿结构,没有杂相存在。少量的Ba0.6(Bi0.5K0.5)0.4TiO3(BBKT)掺杂(x≥0.025)使NaNbO3从反铁电体转变成铁电体。当BBKT掺杂量较少时,陶瓷为普通的铁电体;但是过量的BBKT将使陶瓷的铁电-顺电相变发生了弥散。随着BBKT掺杂量的提高,陶瓷的居里温度降低,相对介电常数εr升高。在x≤0.075时陶瓷为正交相,随着x的增加,陶瓷逐渐的转变成四方相,当x进一步增加时,陶瓷最终变为赝立方相。因此,当在0.075<x<0.15时,陶瓷形成了准同型相界(MPB)。我们的研究结果显示出:当x=0.05时,陶瓷具有超高的Qm值(1862);在x=0.10-0.175时,陶瓷具有优良的压电性能,其压电常数d33=105-131pC/N,平面机电耦合系数kp=20.8-26.5%。MnO2含量对NN-0.175BBKT-xmol%MnO2压电陶瓷的晶体结构和电学性能有重要影响。随着MnO2添加量的增加,陶瓷从四方相转变为赝立方相,居里温度降低,铁电-顺电相变在居里点处越来越弥散。由于Mn离子施主掺杂和受主掺杂的共同效应,在添加1mol%MnO2后,陶瓷的压电性能、机电耦合系数、介电常数和机械品质因数都有相当大的提高:d33=131pC/N、kp=21.8%,Qm=627。
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