无铅压电陶瓷研究进展

无铅压电陶瓷的研究和开发是当前压电铁电材料领域的研究热点之一.综述了Bi0.5Na0.5TiO3基、K1-xNaxNbO3基、铋层状结构、钨青铜结构及BaTiO3基5类无铅压电陶瓷的研究进展,分析和评价了陶瓷体系、改性方法、制备工艺及陶瓷的压电铁电性能,重点讨论了Bi0.5Na0.5TiO3基与K1-xNaxNbO3基无铅压电陶瓷的体系构建、相变特性及电学性能的温度稳定性等关键科学和技术问题,并就无铅压电陶瓷今后的研究开发提出了几点建议.

BNT基无铅压电陶瓷的研究与进展——无铅压电陶瓷20年发明专利分析之二

Bi0.5Na0.5TiO3(BNT)基无铅压电陶瓷是目前研究最广泛、最具吸引力的无铅压电陶瓷体系。本文分析了BNT基无铅压电陶瓷近20年的发明专利,着重讨论了相关体系的压电铁电性能,并展望了BNT基压电陶瓷今后的发展趋势。

(K_(0．5)Na_(0．5))NbO_3-LiNbO_3无铅压电陶瓷的烧结特性和压电性能研究

采用传统陶瓷烧结工艺制备了(1-x)(K0．5Na0．5)NbO3-xLiNbO3无铅压电陶瓷,研究了陶瓷的结构、烧结特性及电性能特征．制备的(K0．5Na0．5)NbO3-LiNbO3陶瓷为单一的钙钛矿结构,室温下其相结构随LiNbO3含量增加逐渐由正交相向四方相转变,显微结构也由于LiNbO3含量的不同而表现出很大差异．与(K0．5Na0 5)NbO3陶瓷相比,(K0．5Na0．5)NbO3-LiNbO3陶瓷的烧结温度降低,烧结特性得到改善．(K0．5Na0．5)NbO3-LiNbO3陶瓷表现出优越的压电性能,其中0．94(K0．5Na0．5)NbO3-0．06LiNbO3(x=0．06)陶瓷的压电常数d33达到205pC／N,机电耦合系数kp为40．3％,kt达到49．8％．

(Na_(0.5)Bi_(0.5))TiO_3基无铅压电陶瓷研究进展

综述了(Na_(0.5)Bi_(0.5))TiO_3(简写为NBT)基无铅压电陶瓷的发展现状、特性及影响因素,用分子轨道理论解释了NBT强铁电性的成因,对研究较多的三个体系:NBT-ATiO_3(A=Ca,Sr,Ba)、NBT-BNbO_3(B=Na,K)和NBT-Ln掺杂体系给予了概括介绍,内容包括成分配比、性能和应用,并提出了NBT基无铅压电陶瓷的设计原则。

(Na_(0．5)K_(0．5))NbO_3基无铅压电陶瓷的研究进展

由于钙钛矿结构无铅压电陶瓷具有高的压电性能,已成为无铅压电陶瓷研究的热点．本文综述了钙钛矿结构无铅压电陶瓷(Na_(0．5)K_(0.5))NbO_3的研究进展和趋势．重点从添加第二组元、添加助烧剂、取代改性和制备方法四个方面,归纳和分析了(Na_(0．5)K_(0．5))NbO_3基无铅压电陶瓷的研究开发进展,并对(Na_(0.5)K_(0．5))NbO_3基无铅压电陶瓷今后的研究和发展提出一些建议．

三种化学方法合成K_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3粉体的机理比较

采用溶胶-凝胶法、水热法和溶胶-凝胶-水热法三种化学方法合成K0.5Bi0.5TiO3(KBT)无铅压电陶瓷粉体.用X射线衍射(XRD)分析产物的结构,用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)观察产物的形貌.实验结果表明,三种化学方法均可获得纯钙钛矿相KBT粉体,但不同工艺获得的粉体在形貌和生成机制上有很大的不同.溶胶-凝胶法属高温固相扩散机制,需要700℃以上温度煅烧才可获得KBT纯相,且粉体颗粒度大、团聚严重.水热法符合溶解-结晶机制,生长出四方形的KBT纳米片.溶胶-凝胶-水热法利用了凝胶团聚体空间链状结构的模板作用,通过原位结晶机制生长出KBT纳米线.

Ag^+掺杂Na_(0.5)K_(0.5)NbO_3无铅压电陶瓷的无压烧结及性能研究

铅基压电陶瓷在制备、使用及废弃处理过程中都会造成环境污染,随着环保意识的增强,无铅压电陶瓷必将逐步替代铅基压电陶瓷。Na0.5K0.5NbO3是一种很有潜力的无铅压电陶瓷,掺杂各种元素提升Na0.5K0.5NbO3陶瓷的压电性能成为当今研究热点之一。本研究以Ag2O、Na2CO3、K2CO3、Nb2O5为原料,经750℃焙烧分别合成了Na0.5K0.5NbO3和AgNbO3粉料,再经配料、混料与成型,在1060℃埋粉烧结,制备出Ag+掺杂的Na0.5K0.5NbO3无铅压电陶瓷(xAgNbO3-(1-x)Na0.5K0.5NbO3,ANKN),并在较宽成分范围内(Ag+含量,x=0～50at%)系统研究了Ag+掺杂对ANKN陶瓷性能的影响。XRD结果表明,ANKN陶瓷的主相为钙钛矿型结构,当x>16at%,开始出现K5.75Nb10.85O30杂相,随着Ag掺杂量的增加,杂相的衍射峰增强。电学性能测试结果表明,当x<20at%,随Ag掺杂量的增加ANKN陶瓷的压电常数、介电常数等略有升高;当x>20at%,ANKN陶瓷的各项性能均开始降低;Ag掺加量为x=16at%时ANKN陶瓷性能最佳,压电常数d33达到110pC/N,平面机电耦合系数kp为30%,相对介电常数εr为358,居里温度Tc为300℃。

钛酸铋钠钾锂无铅陶瓷的柠檬酸制备技术

以钠、钾、锂的碳酸盐为原料,采用柠檬酸盐—凝胶法制备了B i0.5(Na1-x-yL ixKy)0.5TiO3无铅压电陶瓷,研究了影响凝胶合成的各种工艺条件,利用TG-DTA,SEM,XRD,纳米粒度分析等技术分析了凝胶预烧温度及预烧粉体的粒度分布。研究结果表明:柠檬酸与金属离子的物质的量比、溶液浓度、pH是影响前驱液与凝胶形成的主要因素;用柠檬酸盐—凝胶法合成的B i0.5(Na1-x-yL ixKy)TiO3粉体粒度细小均匀,合成温度低;陶瓷的压电常数d33可达138 pC/N,其平面机电耦合系数kp为0.30。

(Bi_(0.5)Na_(0.5))TiO_3系无铅压电陶瓷研究现状与展望

BNT陶瓷由于具有良好的压电性、高居里温度和烧结过程中无毒、易控制性等优点而倍受青睐。本文介绍了无铅压电陶瓷的研究概况、相变过程及其基本性质、制备工艺,根据已有的研究经验着重对BNT陶瓷掺杂改性进行了探讨,并展望了它的发展前景。

织构化K0.5Na0.5NbO3无铅压电陶瓷的性能研究

以分析纯Na2CO3、Bi2O3和Nb2O5为原料,以NaCl为熔盐,采用二次熔盐法和拓扑化学反应法合成各向异性片状NaNbO3粉体。以该片状NaNbO3粉体为模板晶粒,以固相法合成的NaNbO3和KNbO3粉体为基料,采用流延工艺制备出较高取向度的织构化K0.5Na0.5NbO3(KNN)无铅压电陶瓷,系统研究了模板含量、烧结温度和保温时间等工艺参数对织构化KNN陶瓷显微结构和压电性能的影响规律。研究结果表明:随着模板含量的增加,陶瓷的取向度逐渐增加,当模板含量为15 wt%时,陶瓷的取向度可达0.69,当模板含量为10 wt%,1100℃下保温5 h烧结,可以获得具有一定织构度(f=0.58)的KNN陶瓷,并表现出优异的压电性能,d33=128 pC/N。

从PZT体系看无铅压电陶瓷的可能应用

总结了主要以(Bi0.5Na0.5)TiO3和NaNbO3为基的无铅压电陶瓷的性能,以Pb(Ti,Zr)TiO3基二元系、三元系压电陶瓷的性能与应用为参考,分析了无铅压电陶瓷可能的器件应用。此外,还对拓宽无铅压电陶瓷应用需要改进的性能提出了建议。

高性能无铅压电陶瓷(Bi_(0.5)Na_(0.5))_(0.94)Ba_(0.06)TiO_3的制备与性能

采用企业的电子陶瓷工艺制备了(Bi0.5Na0.5)0.94Ba0.06TiO3(BNTBT-6)无铅压电陶瓷,研究了制备工艺对BNTBT-6陶瓷的晶相、微观结构与介电压电性能的影响。研究结果表明,烧结方式会对BNTBT-6陶瓷的晶相和性能产生一定的影响。电学性能研究结果表明,湿磨盖烧BNTBT-6陶瓷样品的压电性能优良,室温下陶瓷样品的压电常数d33达到195pC/N,机电耦合系数kp为35%,机械质量因子Qm达到130,介电损耗tgδ为0.025。

Bi0．5Na0．5TiO3基A位多重复合无铅压电陶瓷的研制

针对钛酸铋钠(Bi0.5Na0.5TiO3)基复合钙钛矿压电铁电材料,发明了多种新的ABO3型A位多重复合无铅压电陶瓷体系.这些新的无铅压电陶瓷具有压电铁电性能优良、铁电电滞回线矩形度高、压电铁电性能的温度特性好、工艺稳定性和重复性好等特点.所测得的一个体系(Bi0.5(Na1-x-yKxLiy)0.5TiO3)的d33达230pC/N,其kp达0.40,Pr达40μC/cm2,矫顽场Ec则较低(小于4 kV/mm);变温铁电电滞回线测试表明,在温度接近200℃时,该陶瓷还具有很好的铁电电滞回线.该体系无铅压电陶瓷性能优异,工艺性好,具有实用性.

复合烧结助剂对CSLST微波介质陶瓷的性能影响

研究了复合添加12.5wt%Li2CO3-B2O3-CuO(LBC)玻璃和不同含量(0～4.0wt%)Bi2O3对(Ca0.9375Sr0.0625)0.3(Li0.5Sm0.5)0.7TiO3(CSLST)微波介质陶瓷烧结特性、相组成和介电性能的影响,分析了CSLST陶瓷与银的共烧行为。结果表明:复合添加LBC玻璃和Bi2O3能有效降低CSLST陶瓷烧结温度至875℃,XRD分析结果显示添加0～1.0wt%Bi2O3有Cu3Ti3O和CaCu3Ti4O12新相产生,当Bi2O3的添加量大于2.0wt%,杂相消失。随着Bi2O3添加量的增加,陶瓷的频率温度系数τf向负方向偏移。复合添加12.5wt%LBC玻璃和2.0wt%Bi2O3的CSLST陶瓷,在875℃保温5 h烧结后,具有优良的微波介电性能:εr=78.9,Q×f=1852 GHz,τf=3×10-6/℃。该材料与银共烧界面结合状况良好,无明显扩散,适合作为LTCC的材料。

高Q值(1-x)(Sr_(0.2)Nd_(0.208)Ca_(0.488))TiO_3-xNd(Ti_(0.5)Mg_(0.5))O_3微波陶瓷的微结构及介电性能研究

采用固相法制备了（1–x）（Sr0.2Nd0.208Ca0.488）Ti O3-x Nd（Ti0.5Mg0.5）O3（0.3≤x≤0.4,SNCT-NTMx）系微波介质陶瓷材料,并研究了该体系的相组成、显微结构、烧结性能和微波介电性能之间的关系。结果表明：在x=0.3~0.35范围内,SNCT-NTMx陶瓷形成了正交钙钛矿固溶体,并伴随有少量未知第二相;当x增至0.4时,第二相含量有所增加。介电性能研究结果显示：随着x的增加,体系介电常数（εr）减小,但品质因子（Q×f）得到改善;此外,体系谐振频率温度系数（τf）随NTM含量的增加逐渐向负值方向移动。当x=0.35,陶瓷样品在1520℃烧结4 h得到的微波介电性能较优：εr=50.1,Q×f=44910 GHz,τf=–1.7×10-6/℃。

无铅压电陶瓷的研究进展

BaTiO3、Na0.5Bi0.5TiO3和K0.5N0.5NbO3三大体系无铅压电陶瓷因其优异的压电介电性能,尤其是以准同型相界(MPB)多晶型相界(PPB)附近优异的压电性能受到极为深入和广泛的研究。结合近几年相关文献报道,分析和评价了三大体系无铅压电陶瓷的组分设计和相界构建与性能调控的最新研究进展,讨论了离子或化合物掺杂改性、制备工艺以及压电性能与微观结构之间的关系等关键科学和技术问题。分析并展望了体系构建、新制备工艺以及相关理论在无铅压电陶瓷研究领域的研究前景。

CeO_2掺杂BNLKT陶瓷的压电性能与微观结构

利用企业的电子陶瓷工艺制备了CeO2掺杂Bi0.5(Na1-x-yLixKy)0.5TiO3无铅压电陶瓷,并研究了CeO2掺杂对该体系陶瓷的介电压电性能与微观结构的影响。X-射线衍射结果表明,掺杂的CeO2扩散进入了Bi0.5(Na1-x-yLixKy)0.5TiO3钙钛矿结构的晶格;SEM观察结果表明,少量的CeO2掺杂可改进该陶瓷的微结构;介电压电性能研究结果表明,CeO2掺杂对该陶瓷体系的综合性能有较大改善,室温下该体系配方的压电常数d33可达199 pC/N,径向机电耦合系数kp达39.3%,同时降低了陶瓷的介电损耗(tanδ=2.0%),提高了其机械品质因数。

(1-x)K0.5Na0.5NbO3-xBi(Mg0.5Ti0.5)O3无铅弛豫铁电陶瓷的介电、铁电和高储能行为

利用传统固相法制备了(1–x)K0.5Na0.5NbO3-xBi(Mg0.5Ti0.5)O3(简写:(1–x)KNN-x BMT,x=0.05,0.10,0.15,0.20)无铅弛豫铁电陶瓷,并对其相结构、微观形貌、介电特性与储能行为进行了系统的研究.研究结果表明,随着BMT含量的增加,(1–x)KNN-x BMT陶瓷由正常铁电体逐渐转变为弛豫铁电体,表现出强烈的弥散相变特征,其最大极化强度Pmax随之逐渐降低.当x=0.15时,陶瓷具有最大的击穿电场,为275 kV·cm^–1.采用间接方式对(1–x)KNN-x BMT陶瓷的储能性能进行计算,发现当BMT的含量为x=0.15时,可获得最佳的储能性能:当场强为275 kV·cm^–1时,可释放储能密度Wrec为2.25 J·cm^–3,储能效率h高达84%.鉴于实际应用的需求,对各组分陶瓷进行直接测试,结果表明随掺杂量的增加,储能密度Wdis呈现先增大后减小的变化趋势,当x=0.15时,储能密度为1.54 J·cm^–3,放电时间仅为88 ns.另外,该材料在1—50 Hz范围内具有良好的频率稳定性,在25—125℃范围内具有良好的温度稳定性,储能密度的变化量低于8%.该研究表明KNN-BMT陶瓷在环境友好高储能密度电容器领域具有广阔的应用前景.

熔盐法合成钛酸铋钾陶瓷粉体

以K2CO3,Bi2O3和TiO2为反应物,KCl为熔盐,通过熔盐法在600℃成功合成纯钙钛矿结构K0.5Bi0.5TiO3(KBT)无铅陶瓷粉体。探寻了制备过程中影响粉体颗粒大小和形貌的工艺参数,并对影响机理进行了探讨。结果表明,与传统固相法相比,熔盐法合成温度显著降低且颗粒平均粒径明显减小。固相法合成的粉体平均粒径为115nm,KCl含量5%和20%的熔盐法合成粉体平均粒径为78nm和67nm。此外,实验发现随着熔盐量的增加,易合成各向异性的棒状粉体。

(Ba_(0.5)Sr_(0.5))TiO_3铁电薄膜的制备工艺及电学性质研究

采用溶胶 凝胶方法制备出纯立方钙钛矿相、介电性能和漏电流特性良好的 (Ba0 .5Sr0 .5)TiO3 铁电薄膜 .研究发现 ,随着烧结温度的升高 ,(Ba0 .5Sr0 .5)TiO3 薄膜纯度和结晶度增高 ,介电常数提高 ,漏电流密度降低 .在 75 0℃进行保温 1h热处理的薄膜性能较好且稳定 :在室温下测得薄膜介电常数为 2 5 0 ,介电损耗为 0 .0 30 ,漏电流密度为 6 .9× 10 -8A/cm2 .较高的介电常数、较低的漏电流密度可能源于良好的纯度和结晶度 .进一步研究表明 ,薄膜导电遵从空间电荷限制电流机制 .