钛酸铋钠基无铅压电陶瓷研究近期进展

钛酸铋钠(分子式是Bi0.5Na0.5TiO3,简写为BNT)基无铅压电陶瓷性能优良,但与铅基陶瓷相比还有相当的差距,其性能有待进一步提高。从BNT基陶瓷改性、陶瓷新体系以及陶瓷制备技术等多方面,分析了提高BNT基陶瓷性能的原理、途径和方法,指出了发明陶瓷新体系的有关思路,讨论了陶瓷制备技术与陶瓷性能的关系。同时,列举了近期在BNT基陶瓷性能改善研究中的若干新进展和新结果、性能良好的BNT基陶瓷新体系及制备工艺和制备新技术对陶瓷性能的影响,并对今后的相关研究进行了展望。

钛酸铋钠基无铅压电陶瓷的组分设计与性能调控研究进展

钛酸铋钠(Bi0.5Na0.5TiO3,BNT)基无铅压电陶瓷是目前研究最多且极具应用前景的钙钛矿(ABO3)型无铅压电材料之一。最近几年,BNT基无铅压电陶瓷仍然是国际压电铁电材料研究的热点之一。从BNT基无铅压电陶瓷A位和/或B位取代、多组元复合、掺杂离子改性以及制备技术改进等方面,综合介绍了2006年以来国内外的研究进展,特别是准同型相界的构建以及组分设计与性能调控的研究进展,并对今后的研究进行了展望。

钛酸铋钠基无铅压电陶瓷粉体的制备技术

作为一类具有发展前景的无铅压电陶瓷,钛酸铋钠(BNT)基陶瓷的开发和应用正日益受到重视。陶瓷粉体的形貌、化学成分的均匀性等,直接影响着陶瓷材料的组成与结构乃至其电学性能。本文综述了近几年BNT基无铅压电陶瓷粉体的制备技术,介绍了各种方法的基本原理、工艺,并讨论了不同制备方法的优缺点。

钛酸铋钠基无铅压电陶瓷的粉体制备及性能研究

该文深入研究了通过固相法、熔盐法等方法进行钛酸铋钠基无铅压电陶瓷的粉体制备并测试了压电陶瓷的极化和压电性能,得出固相法制备技术的最佳条件为850℃、保温2h,熔盐法制备技术的最佳条件为700℃、保温4h。除此之外分析了熔盐法以及固相法的制备极化条件,通过研究得出了极化的最佳条件为极化时间20min、极化温度80℃~90℃、极化电压3.5kV/mm,与固相法相比,熔盐法的压电性能更优秀。

钛酸铋钠基无铅压电陶瓷的极化性能热稳定性研究进展

作为一种具备优异介电性能的电介质材料,压电材料还具备优异的铁电性能,且可以与铁磁性进行耦合,已经成为一种重要的声、光、电、磁等敏感性较强的功能材料。在环境保护日益重视的社会环境下,本文对环境友好型无铅压电陶瓷的性能研究进行总结与分析,了解钛酸铋钠基无铅压电陶瓷研究的实质性进展,为使用问题的解决打下良好的基础。

钛酸铋钠基无铅压电陶瓷掺杂改性研究现状

钛酸铋钠(Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_(3),简称BNT)基无铅压电陶瓷因其环境友好型、良好的铁电压电性能等特点在航空航天、舰艇声纳、高速列车及电子产品等领域得到广泛应用。为了克服钛酸铋钠基无铅压电陶瓷高矫顽场并进一步提升其电学性能,通过对BNT基无铅压电陶瓷进行掺杂改性构建三方相–四方相共存的准同型相界(MPB)。掺杂改性是改善BNT基无铅压电陶瓷性能的一种重要方法,针对BNT基无铅压电陶瓷掺杂改性进行系统总结十分必要。主要从BNT基无铅压电陶瓷多组元改性、A/B位离子掺杂和稀土离子掺杂改性等三方面综合论述近年来BNT基压电陶瓷研究进展。结果表明,引入合适的组元有利于BNT基无铅压电陶瓷构建三方相–四方相共存的准同型相界;A/B离子掺杂是根据离子半径和电价大小的一致性对BNT陶瓷中对应位置的离子进行取代;稀土离子掺杂主要对该陶瓷的光电特性有显著影响。上述三方面从不同角度改善了BNT基无铅压电陶瓷的性能,以期为研究性能更好的BNT基无铅压电陶瓷的科研和技术人员提供参考,并为BNT基无铅压电陶瓷的实际应用奠定基础。

钛酸铋钠基压电材料制备技术研究进展

钛酸铋钠(BNT)基压电材料因具有较好的电学性能以及高居里温度等优点,成为了压电材料领域的研究热点之一。如何制备出性能优异的钛酸铋钠基压电材料,是满足各个领域应用要求的重要环节。重点综述了近年来钛酸铋钠基压电材料制备技术的研究进展,从固相烧结、放电等离子烧结以及微波烧结等角度对其烧结技术进行论述;从溶胶-凝胶、脉冲激光沉积和射频磁控溅射等角度对其薄膜制备技术进行综述;对热喷涂制备压电涂层的机理和工艺进行总结。结果表明,烧结温度是影响块体材料结构和性能的关键因素,其中放电等离子烧结与微波烧结相较于传统的固相烧结能够有效控制材料的烧结温度;在钛酸铋钠薄膜的制备中对沉积温度、氧气压力以及退火温度的控制可以有效提高薄膜电学性能;热喷涂制备的钛酸铋钠涂层通过热处理工艺能够改善涂层的电学性能,并且热喷涂能够在复杂零件表面实现压电涂层的可控制备,其中钛酸铋钠压电陶瓷薄膜和涂层的制备扩展了其应用范围。最后,展望了压电陶瓷材料技术的未来发展趋势,为压电材料制备技术的研究提供了一定的参考。

Sb^(3+)和Ba^(2+)共掺杂锆钛酸铅压电陶瓷的制备与表征

以三氧化二锑、碳酸钡为掺杂原材料,采用固相烧结法制备了Sb^(3+)和Ba^(2+)共掺杂锆钛酸铅陶瓷。利用XRD、SEM、自动元件分析仪、准静态D33测量仪、精密阻抗分析仪等对介质的物相、微观形貌、机电性能进行了研究。实验结果表明,Sb^(3+)和Ba^(2+)共掺杂锆钛酸铅陶瓷具有更好的致密性,当掺杂质量分数为1%的Sb_(2)O_(3)和2%的BaO时,机电性能显著提升,相对介电常数为1854,压电系数为439.6 pC/N,机电耦合系数为66%,居里温度从398℃降至380℃。高的压电系数有利于提升锆钛酸铅所制备电子元器件的接收和发射的灵敏度。

四方相锆钛酸铅陶瓷制备及温度稳定性研究

采用传统固相法制备了Pb(Zr_(1-x)Ti_(x))O_(3)陶瓷,通过调节锆钛摩尔比将其定位于四方区域以改善温度稳定性,并通过优化烧结温度改善电学性能。实验结果表明,当x=0.52时,体系处于四方区域,此时陶瓷的温度稳定性有所提升,在室温~300℃时,d33变化率为±14.7%。在1250℃下烧结的Pb(Zr_(0.48)Ti_(0.52))O_(3)陶瓷具有最佳的电学性能:压电常数d_(33)=183 pC/N,居里温度TC=402℃,相对介电常数ε_(r)=1209。

铌酸钾钠基无铅压电陶瓷纵振换能器

高性能环境友好型无铅压电陶瓷及其应用是当前压电材料研究的热点之一。为了探究其在水声换能器领域的应用潜力,该文对铌酸钾钠基无铅压电陶瓷和锆钛酸铅压电陶瓷纵振式换能器进行了对比研究。依据仿真结果优化结构尺寸,制作了两种换能器样机并测试了其在空气中和水中的电声性能。测试结果表明,铌酸钾钠基无铅压电陶瓷换能器的谐振频率为35 kHz,最大发送电压响应为151 dB,声源级可达190 dB,在26-67 kHz的频率范围内发送电压响应的起伏不超过-4:5 dB,谐振频率处-3 dB的指向性开角约为76◦。该无铅压电陶瓷换能器具有和锆钛酸铅压电陶瓷换能器相当的发射性能,有望推动无铅压电材料在水声换能器领域的应用进程。

钛酸铋钠-钛酸钡系无铅压电陶瓷的压电性能

研究了(1-x)Na0.5Bi0.5TiO3-xBaTiO3系无铅压电陶瓷的介电、压电性能。通过X-射线衍射分析发现,当0.06≤x≤0.10时,该体系陶瓷具有三方、四方相共存的晶体结构,此时材料具有最佳的压电性能。测试x=0.06时陶瓷样品的介电温谱和电滞回线发现在相界附近的陶瓷为弛豫型铁电体,并在加热过程中发生了铁电-反铁电-顺电相的转变。

掺铟钪酸铋-钛酸铅压电陶瓷的制备及电学性能

采用固相反应法,制备了0.10BiInO3-(0.90-x)BiScO3-xPbTiO3(BISPTx,0.55≤x≤0.70)压电陶瓷,并对陶瓷样品的相结构,表面形貌和电性能进行了研究。结果表明,BiInO3和BiScO3-PbTiO3能够形成很好的固溶体,在1070℃烧结2h即可形成稳定钙钛矿结构的BISPTx陶瓷。当x=0.60时,BISPTx陶瓷具有优良的电学性能:d33=330pC/N,kp=0.423,tC=420℃。BiInO3的掺入可有效提高BISPTx陶瓷的tC,并提高其电阻率,降低漏导电流,使其在较高温度(300℃)下仍保持较低的tanδ(<0.05)。

镧掺杂钛酸铋钠钾系无铅压电陶瓷的制备工艺

利用XRD、SEM等技术分析方法,研究了工艺条件对[(Na0.5Bi0.5)0.82(K0.5Bi0.5)0.18]1-xLaxTiO3(x=0 ～ 0.1)无铅压电陶瓷的物相组成、显微结构和压电性能的影响.结果表明:提高合成温度至870 ～ 900℃有利于主晶相的形成;在1 130℃下烧结可得到高致密样品.同时研究了极化工艺条件对材料压电性能的影响:极化温度保持在80 ～ 100℃之间, 极化电场强度为4 MV/m可以得到较好的压电性能.

无铅压电陶瓷钛酸铋钠(NBT)的掺杂改性研究

在无铅压电陶瓷(Na_0.5Bi_0.5)TiO_3(NBT)中加入BaTiO_3(BT)及微量Sb_2O_3,对其进行掺杂改性研究.通过研究不同加入量对NBT性能的影响,得到了较佳性能的材料配方为(Na_0.5Bi_0.5)_0.92Ba_0.08TiO_3+ySb_2O_3(量分数Y=0.0005％).

铌镁酸铋钛酸铅压电陶瓷准同型相界附近的性能和相变温度研究

利用传统固相烧结法制备了Bi(Mg2/3Nb1/3)O3-PbTiO3(BMN-PT)压电陶瓷,分析了不同PbTiO3含量对BMN-PT压电陶瓷的晶体结构、介电、压电及铁电性能的影响.XRD结果表明:合成的BMN-PT陶瓷具有纯钙钛矿结构,并且在PbTiO3含量为x=0.60时,其组分的XRD图谱在衍射角2θ=45°出现明显的分峰,说明该组分相结构中存在三方和四方相的共存.压电铁电性能显示,BMN-0.60PT有最大的压电常数d33(～170pC/N)和平面机电耦合系数kp(0.35),最小的矫顽场Ec(29.4 kV/cm)及最大的剩余极化Pr(31.4μC/cm2).确定了BMN-PT压电陶瓷的准同型相界(MPB)为PbTiO3含量x=0.60的组分.介电系数温谱表明介电系数峰值温度(Tm)随着PbTiO3含量的增大而升高,MPB组分的Tm约为276℃.

钪酸铋-钛酸铅高温压电陶瓷的相结构和高温压电稳定性

高温压电陶瓷在燃油喷射系统、柴油机减震、航天飞行器性能监测方面具有重要的作用。本文采用传统固相反应法合成了准同型相界(MPB)附近的(1-x)BiScO3-xPbTiO3 (x=0.60-0.66)高温压电陶瓷。采用Rietveld精修确定了单斜相和四方相的共存并给出了原子位置和两相的比例与组分的关系。基于两个动态等效能态之间的耦合来提高极化率,明确了该组分范围压电和铁电性能增强的机制。BS-PT (x=0.64)的陶瓷具有最佳的室温压电和铁电性能:Tc=430℃,d33=450pC/N,kp=62%,Pr=38μC/cm2,Ec=22.7 kV/cm;热退火的d33在370℃保持不变,在410℃急剧降低,比普通的PZT陶瓷的使用温度要高出220℃,是理想的高温压电陶瓷材料。

钛酸铋钠基无铅铁电陶瓷的研究进展

钛酸铋钠(Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_(3),简称BNT)具有优异的铁电性能,研究发现在BNT的多元体系固溶体的准同型相界(MPB)附近可以获得优异的电学性能,因此受到大量学者研究关注。分析了近年来BNT基无铅铁电陶瓷在电致应变、热释电和储能领域的研究进展,着重介绍了BNT基铁电陶瓷改性后的性能,并对BNT基无铅铁电陶瓷体系的特性进行了总结和展望。

钡钙锶共掺杂钛酸铋钠无铅压电陶瓷的制备及性能

采用溶胶-凝胶法制备工艺制备了(1-x)(Na0.5Bi0.5)TiO3-xBa0.092Ca0.03Sr0.05TiO3(x=0.04、0.06、0.07、0.08)系无铅压电陶瓷。研究了陶瓷的铁电、压电性能和显微结构。结果表明,该体系陶瓷在x=0.06时,其压电常数d33,机电耦合系数kp,厚度耦合系数kt,相对介电常数rε,介质损耗tgδ,分别为152,0.24,0.47,1 250,0.04。

水热法制备钛酸铋钠无铅压电陶瓷粉体

以Bi(NO3)3·5H2O和纳米级Ti O2分别作为铋源和钛源,Na OH作为钠源和矿化剂,采用水热法制备钛酸铋钠无铅压电陶瓷粉体,(Na,Bi)Ti O3(NBT)粉体,并对样品进行了XRD和SEM表征。结果表明,水热反应温度为200℃时保温6 h,Na OH浓度为6 mol/L时,可制得结晶完全的立方相NBT,粉体呈球形,粒径约为1μm。水热反应温度、矿化剂浓度和反应时间的增加能促使晶化反应的进行和晶粒长大。

硬性BSPT基高温压电陶瓷温度稳定性研究

采用固相合成法在1125~1175℃烧结范围内制备了0.15BiScO_(3)-0.85(Pb_(0.88)Bi_(0.08))(Ti^(0.97)Mn_(0.03))O_(3)(BSPT-Mn)高温压电陶瓷。所有样品均为纯相,晶粒尺寸分布符合正态规律,掺杂元素均匀,未发现明显的富集现象。研究表明,在1150℃烧结制备的BSPT-Mn高温压电陶瓷的最大机械品质因数为1500.3,在484.4℃温度下压电常数为289.8 pC/N,压电性能良好。