高储能密度铁酸铋基无铅铁电陶瓷研究进展

电介质电容器因其充放电快、功率密度高的独特优势而在脉冲电源系统和各类电子设备中得到了广泛应用。目前商用高功率固态电容器主要使用陶瓷介质作为储能材料,其中铁电陶瓷因其高储能密度而在近年来受到了学者的关注。然而普通铁电体高的剩余极化强度阻碍了其储能密度的提升。铁酸铋基铁电体拥有高自发极化强度和高剩余极化强度,通过诱导弛豫态可有效降低其剩余极化强度而保持较大的自发极化强度,并解决击穿场强与极化强度之间的制约关系,从而实现优异的储能性能。首先概述了介质储能材料的主要性能参数以及铁酸铋无铅铁电陶瓷作为铁电储能材料的特性与优势,其次对不同形态的铁酸铋基铁电材料储能性能的调控思路及研究进展进行了综述,最后总结了该体系提升储能性能的方法和未来的发展趋势。

SiO_2掺杂对PMS-PZT陶瓷结构和电性能的影响

对Pb0.98Sr0.02(Mn1/3Sb2/3)0.1Zr0.47Ti0.43O3(简称PMS-PZT)+w(SiO2)(0≤w≤0.6%)三元系压电陶瓷材料的微观结构和电性能进行了研究。XRD图谱表明室温下该材料为钙钛矿结构,并随SiO2掺杂物的加入材料由四方相向三方相转变。实验结果表明:当w(SiO2)为0.1%时,在1300℃,1h条件下烧结,能获得较好的综合性能:εr为1642,tgδ为0.0043,kp为0.57,Qm为1553,d33为325pC·N–1,可以满足压电电动机和压电变压器等高功率应用方面的要求。

锰掺杂BNT-BaTiO_3陶瓷微结构和电性能的研究

研究了(Bi1/2Na1/2)TiO3-BaTiO3压电陶瓷在准同型相界附近锰离子掺杂对材料微观结构、压电和介电性能的影响.采用XRD和SEM等方法对材料的相结构和晶粒生长情况进行了研究.结果表明:掺锰有促进烧结的作用并能使晶格发生畸变,使相结构中的四方相向三方相转变;当掺杂量质量分数为0.3%时,可以获得较好的综合性能,压电常数d33=124 pC/N,径向机电耦合系数kp=31%,介电常数3Tε3/0ε=615,介电损耗tanδ=0.014,机械品质因数Qm=267,频率常数Np=3 050 Hz.m.

(K_(0.5)Na_(0.5))_(1-2x)Sr_x(Nb_(0.94)Sb_(0.06))O_3无铅压电陶瓷结构及性能研究

以传统电子陶瓷工艺制备了（K0.5Na0.5）1-2xSrx（Nb0.94Sb0.06）O3无铅压电陶瓷,研究了适量锶、锑取代对陶瓷结构及电性能的影响.结果表明,少量的锶、锑取代没有改变（K0.5Na0.5）NbO3陶瓷的相结构,仍为单相正交结构的钙钛矿型铁电体;适量的锶取代使得晶粒大小均匀一致,提高了陶瓷的致密度;锶、锑取代降低了陶瓷的居里温度,但对正交-四方相变温度的影响不大,且在0~200℃的温度范围,介电常数几乎不依赖频率的变化而变化;在x=0.008处,得到较好综合性能的陶瓷材料：d33=155pC/N,kp=0.361,Qm=120,Np=2862,Pr=23μC/cm2,Ec=1.4kV/mm,ρ=4.411g/cm3.

无铅压电陶瓷(Bi_(1/2)Na_(1/2))TiO_3-KNbO_3制备工艺研究

采用传统陶瓷工艺制备了（1-x）（Bi1/2Na1/2）TiO3-xKNbO3（x=0.01,0.02,0.04,0.6,0.08,0.12）无铅压电陶瓷。利用热重-差热（TG-DSC）、X-射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）等分析技术,研究了（1-x）（Bi1/2Na1/2）TiO3-xKNbO3无铅压电陶瓷的制备工艺条件对陶瓷晶体结构、压电性能的影响。TG-DSC、XRD的结果表明,该体系的的最佳预合成温度在800-850℃;SEM及性能测试的结果表明,该体系随KNbO3含量的增加,烧结温度提高,烧结的温度范围变窄,当x〉0.1时,烧结的温度范围只有5-10℃。

低温烧结CoFe_2O_4-(PZN-PZT)多铁复合材料磁电性能研究

采用传统陶瓷工艺和低温烧结制备了CoFe2O4-（PZN-PZT）多铁复合陶瓷, 研究了混合方式、PZT包覆和成分变化对其结构、磁性能、磁电耦合性能的影响。XRD图谱和TEM照片显示, 采用溶胶–凝胶和包覆搅拌混合的方法获得了CoFe2O4/PZT核壳结构粉末, 在CoFe2O4表面形成了10~20 nm的钙钛矿PZT壳层。EDS结果显示, 低温烧结和阻挡层可以有效抑制两相间的元素扩散。SEM照片和磁电性能结果显示, 相对未包覆研磨混合工艺, 包覆搅拌混合可以提高磁性颗粒复合含量, 获得较好烧结匹配性, 有效提高材料的磁电耦合性能。研究结果表明, 包覆搅拌混合制备体积比为4：6的CoFe2O4-（PZN-PZT）样品, 经1000℃烧结, 在10 kHz下获得最大磁电耦合系数（18.3 mV/（cm·Oe））。

Zn-B玻璃掺杂的(K_(0.5)Na_(0.44)Li_(0.06))(Nb_(0.84)Ta_(0.1)Sb_(0.06))O_3陶瓷相变及电学性能研究

研究了Zn-B玻璃掺杂的(K0.5Na0.44Li0.06)(Nb0.84Ta0.1Sb0.06)O3(KNLNTS)陶瓷的制备、相变及电学性能。研究发现,Zn-B玻璃能够有效地促进铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的烧结特性。XRD结果显示Zn-B玻璃掺杂的KNLNTS陶瓷为正交-四方共存结构,随掺杂量的增加正交结构相的含量逐渐增加;并且降低烧结温度能够有效地抑制第二相的产生。介电温谱测试结果显示Zn-B玻璃掺杂的KNLNTS陶瓷其居里温度先降后增在x=0.1时达到最小值。在1050℃保温5 h条件下烧结可以获得最佳的压电性能:d33=197 pC/N,kp=0.37,εr=975,tanδ=0.028。

Ba^(2+)取代对PSN-PZT瓷结构和压电性能的影响

研究了Ba2+A位取代对铌锑锆钛酸铅陶瓷结构及压电性能的影响,XRD分析结果表明:所有样品具有钙钛矿结构,同时Ba2+取代Pb2+使得晶胞体积增大,c/a轴比减小。当Ba2+取代量增大时,样品中三方相和四方相共存。随着Ba2+取代量的增大,陶瓷样品的密度降低,εr(2863)和d33(507pC·N–1)显著提高,居里点向室温移动。

(1-x)ZnWO_4-xTiO_2陶瓷的微波介电性能研究

用固相反应法在1 150℃烧结2h得到了致密的(1-x)ZnWO4-xTiO2(0.1≤x≤0.8)系列微波介质陶瓷,对陶瓷的相组成、显微结构及微波介电性能进行了研究。结果表明:在(1-x)ZnWO4-xTiO2(0.3≤x≤0.5)陶瓷样品中存在ZnWO4、TiO2及Zn2TiO4三相,当Zn2TiO4相的量较多时,样品的微波介电性能较好。随着TiO2的含量增加,(1-x)ZnWO4-xTiO2陶瓷的εr及τf值单调递增,而Q.f值则先上升后下降。当x=0.4时,(1-x)ZnWO4-xTiO2陶瓷样品的微波介电性能为:εr=26.56、Q.f=42 278GHz及τf=61.37×10-6/℃。它是一种具有中等介电常数,中低烧结温度且性能优良的微波介质陶瓷新体系。

稀土氧化物掺杂对Ba_(0.6)Sr_(0.4)TiO_3-MgO复合物结构及微波介电性能的影响(英文)

研究了不同质量分数（0~1.5%）的各种稀土氧化物对Ba0.6Sr0.4Ti O3（40%）-MgO（60%）陶瓷微观结构和介电性能的影响。研究表明,大半径的稀土离子掺杂能有效降低材料的介电常数并提高品质因数;而小半径的稀土离子掺杂则会提高材料的微波介电损耗。当掺杂量超过0.2%时,所有样品的调谐率都随着添加量的增加而下降。与未掺杂的BST-MgO相比,0.2%稀土掺杂样品的调谐率变化规律及机理随掺杂物的不同而不同：Nd2O3和Yb2O3掺杂样品中调谐率的大幅度升高归因于结电容的贡献,Sm2O3掺杂样品调谐率的下降主要由MgO晶粒的聚集所致,而Y3＋同时占据A位和B位引起了样品调谐率的下降。研究发现在BST-MgO中添加具有大离子半径的稀土氧化物（如La2O3、CeO2、Nd2O3、Sm2O3）并优化其添加量,能满足铁电移相器等微波调谐器件的要求。

Bi_(1/2)(Na_(1-x)Li_x)_(1/2)TiO_3压电陶瓷的性能和微结构

利用传统陶瓷工艺制备了Bi1/2（Na1-xLix）1/2TiO3（简写BNLT100x,其中x为摩尔含量）系无铅压电陶瓷,研究了该陶瓷的微结构、压电和介电性能。X-射线衍射分析（XRD）结果表明,在x=0-0.20时,Bi1/2（Na1-xLix）1/2TiO3陶瓷为单相三方晶系钙钛矿结构;在x=0.30时,会有影响压电性能的第二相产生。扫描电镜（SEM）结果表明,Li含量越高,陶瓷的烧结温度越低,Li促进了晶粒特定方向的生长;在x=0.15时,压电系数d33达极大值109 pC/N;同时研究了极化工艺条件对材料压电性能的影响。

B-Si-Pb玻璃掺杂PBSNF-PZT压电陶瓷的性能研究

通过传统固相反应法合成了Pb0.95Ba0.05[(Sb0.6Fe0.4)0.5Nb0.5]0.02Zr0.52Ti0.48O3(PBSNF-PZT)压电陶瓷,研究了B-Si-Pb(B2O3-SiO2-PbO)玻璃掺杂对PBSNF-PZT陶瓷结构及性能的影响。结果表明,掺杂少量B-Si-Pb玻璃后,所制PBSNF-PZT陶瓷的结构未改变,仍为四方相的钙钛矿型铁电体,晶粒尺寸降低,压电性能和介电性能改善,烧结温度降低。玻璃掺杂量为质量分数0.5%,在1150℃烧结所制的PBSNF-PZT陶瓷综合性能较好:εr=1950,tanδ=0.016,d33=470pC/N,k31=0.40,适用于对灵敏度要求较高的压电驱动器件。

CaO-SiO2-MgO对氧化铝陶瓷微波和耐压性能的影响

采用传统固相反应法制备了CaO-SiO_2-MgO掺杂氧化铝陶瓷.研究了烧结助剂CaO-SiO_2-MgO的氧化物配比对氧化铝陶瓷相组成、微波和耐压性能的影响.XRD图谱表明,助烧剂CMS中,MgO质量分数为18.6%,当SiO_2/CaO质量比在1.6~2.0范围内,氧化铝陶瓷中杂相的含量较少,且陶瓷的致密度和耐压强度获得最优值.陶瓷的介电性能随质量比的增加呈现逐渐下降的趋势.当质量比为1.8时,陶瓷样品可以获得较优的综合性能：E_b=29k V/mm,ε_r=9.06,Q_f=17 500 GHz.

钇铝石榴石(YAG)透明激光陶瓷的研究进展

透明陶瓷的制备技术不断成熟,其中部分透明陶瓷可用作激光放大介质,即透明激光陶瓷。透明激光陶瓷材料具有传统玻璃和单晶激光材料无法比拟的材料性能和光学特性,稀土离子掺杂的钇铝石榴石(YAG)多晶透明陶瓷是目前应用范围最广的固体激光材料之一。回顾了透明陶瓷的发展史,并以YAG透明陶瓷为例,介绍了透明陶瓷的应用领域、研究概况、制备工艺及目前面临的技术难题。

BiScO_3-PbTiO_3基高温压电陶瓷研究进展

兼具优异压电性能和高居里温度(tC)的压电陶瓷在高温极端环境条件下具有非常重要的用途,是当今压电铁电材料研究热点之一。简要总结了压电陶瓷的居里温度、压电介电性能等的影响因素,重点介绍钙钛矿结构BiScO_3-PbTiO_3(BSPT)二元体系,从离子取代、化合物复合、氧化物掺杂等方面归纳总结该体系的改性研究进展。

预烧温度对PZN-PZT压电陶瓷电性能的影响

采用传统固相法制备了化学计量比为0.3Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-0.35PbTiO3-0.35PbZrO3的压电陶瓷,研究了所制陶瓷的预合成温度对其微观结构和压电介电性能的影响。结果显示,当预合成温度大于800℃时可以获得纯钙钛矿相,低于800℃钙钛矿主晶相不明显且有很多杂相产生。当预烧温度为775℃时,经1 125℃保温3 h烧结的陶瓷具有最佳综合性能:d33=431 pC/N、k31=0.36、Ec=9.98×103 V/mm、Pr=22.52×10–6 C/cm2、εr=1 874、tanδ=0.024、ρ=7.88 g/cm3。

YF3/氧化物烧结助剂对碳化硅陶瓷热导率的影响

利用YF_3/氧化物体系作为烧结助剂热压烧结碳化硅陶瓷,研究了此体系中氧化物的种类、含量对样品的致密度、导热性能、物相成分、微观形貌的影响。实验结果表明,在烧结温度1900℃、压力50 MPa条件下,YF_3/氧化物体系烧结助剂对碳化硅陶瓷热导率有所提升,其中同时添加5wt%YF_3+3wt%Mg O双相烧结助剂的Si C陶瓷性能最优,其致密度为98.93%,热扩散系数为71.40 mm^2/s,热导率为154.29 W/(m·K)。

ZnO掺杂对PSN-PZT陶瓷烧结温度及压电性能的影响(英文)

为了降低PZT压电陶瓷的烧结温度,研究了ZnO掺杂对Ba、Fe改性的PSN-PZT陶瓷的烧结温度和压电特性的影响。通过XRD和SEM测试手段,分析了微观结构和材料性能的关系。XRD结果显示所有样品均呈现四方钙钛矿结构。在w(ZnO)<0.1%时陶瓷压电性能随ZnO的增加而提高;当w(ZnO)=0.1%时,陶瓷样品同样展现出了优良的压电性能。这些结果证明了适量的ZnO掺杂可以降低陶瓷的烧结温度并提高压电性能。

AlN陶瓷的性能及应用

AlN陶瓷具有高硬度、与硅相接近的线膨胀系数、高电阻率、低介电常数、低介电损耗以及无毒、耐高温、耐腐蚀等特性,力学性能良好,在电子、机械、复合材料等领域有着广泛的应用。尤其是因为具有高热导率,Al N陶瓷已经成为理想的半导体基板和封装材料之一。本文回顾了Al N陶瓷的发展历程,着重评述了Al N陶瓷的制备技术、性能及应用等方面的研究进展,并对其面临的技术困难及发展方向进行了展望。

基于直线型超声马达的压电振子特性仿真分析

通过运用Ansys有限元分析软件建立了压电振子的有限元模型,对压电振子进行了尺寸优化、模态分析、谐响应分析、瞬态动力学分析。通过仿真得到了压电振子的振型,计算了压电振子L1B2纵弯复合振动模态的最佳频率,得到对应动态支路等效电路的各项参数,验证了压电振子驱动足椭圆运动的形成。仿真结果对利用纵弯复合模态的超声波电机的设计具有重要的指导意义,为超声波马达的制作和实验研究奠定了基础。