取向多孔钛酸钡基陶瓷的介电与压电性能

采用冷冻浇注法制备取向多孔0.5Ba(Ti0.8Zr0.2)O3−0.5(Ba0.7Ca0.3)TiO3(BCZT)压电陶瓷。研究结果表明:制得的压电陶瓷材料孔隙率为18%~44%,取向孔道的层间距随孔隙率的减少而增加,最大为25μm。由于电场局部集中,相同电场条件极化后的取向多孔BCZT整体极化效率降低,因此,剩余极化强度随孔隙率的增加而降低,适量的孔隙(孔隙率<20%)有利于电畴翻转降低矫顽场,孔隙数的增加会提高未极化区域,从而提高矫顽场。取向多孔BCZT陶瓷的相对介电常数随频率增加而降低,当孔隙率从18%增加到44%时,相对介电常数从1806降低到1097,介电损耗从0.008升高到0.014,居里温度随孔隙率增加从致密体的106℃增大到119℃。静水压电荷系数dh却随着孔隙率的增加从33 pC/N增加到148 pC/N,由于多孔结构介电常数随孔隙率增加而降低,大幅提高了静水压电压系数gh和静水压优值dh·gh,gh从3.8 mV∙m/N提高到14.7 mV∙m/N,dh·gh从0.14×10^−12 m^2/N提高到2.17×10−12 m^2/N。取向多孔BCZT陶瓷具有与铅基压电材料相当的压电性能,在压电传感器、压电水声换能器等领域具有巨大的应用潜力。