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采用传统固相烧结法制备二元系0.94Bi0.5Na0.5Ti O3-0.06BaTiO3(BNBT)无铅压电陶瓷。首先研究烧结温度对BNBT陶瓷结构与性能的影响。XRD分析结果表明,在1160℃-1200℃的烧结温度范围内,BNBT陶瓷具有三方相和四方相共存的单一钙钛矿结构,其中四方相的含量居多。晶粒微观结构分析表明,伴随烧结温度的提高,晶粒大小显著增大,在烧结温度为1200℃时,获得了最大的平均晶粒尺寸,同时晶粒生长良好、大小均匀,这也使得陶瓷的密度有所提高。在电学性能方面,所有样品在室温下测量获得了饱和的铁电回线,对比各个温度烧结的数据,可以看到1200℃下烧结的BNT-BT具有相对较好的铁电特性和能量存储性能:Pr=30.91μC/cm2、Pmax=41.10μC/cm2、Ec=2.08 k V/mm、Wrec=21.06 m J/cm3、η=15.70%;同时,1200℃下烧结的BNBT在6 k V/mm电场下也表现出较优的场致应变能力(S+=~0.17%,S-=~0.15%);最后在介电、压电性能方面,BNBT随着烧结温度的提高,压电常数和介电常数都逐渐提升,而介电损耗有所降低,所以在本实验设计的最高温度1200℃下烧结的BNBT同样表现出最优的压电、介电性能(εr=1788,tanδ=0.055,d33=156 p C/N)。由以上实验结果可知,对于BNBT陶瓷,提高烧结温度有助于提升各方面性能,它的最佳烧结温度确定为1200℃。基于前面实验,进一步研究不同烧结环境(氩气和空气)对BNBT陶瓷的影响。两种环境中烧结的样品均具有较高的密度(~98.8%),且表现为单一的钙钛矿结构。在微观形貌中,它们的晶粒发育良好,尺寸相差不多。但陶瓷内部的氧空位浓度受到了氧含量的影响,在纯氩气条件下烧结能够有效促地进样品内部形成氧空位。由于氧空位浓度不一致,直接引起两种环境烧结的BNBT陶瓷在电学性能方面产生差异。空气中烧结的样品的剩余极化和矫顽场相较于氩气烧结的样品分别增大和减小,表现出较好的铁电性,同时它的电致应变能力也比氩气烧结的样品稳定,具有较大的逆压电常数。在介电性能方面,空气烧结中的样品的介电常数高于氩气烧结的样品,而介电损耗低于氩气烧结的样品。综上可得,在空气中烧结更适合于BNBT陶瓷,能够获得更优异的电学特性。基于对BNBT基本制备工艺的研究,选择使用具有相同价态的离子(Gd3+、Hf4+)掺杂取代0.94BNT-0.06BT陶瓷,期待改善陶瓷的部分性能。实验中通过传统固相法制备陶瓷样品,引入不同含量的掺杂元素,分析陶瓷样品在相结构、显微结构、铁电特性、电致应变能力等方面的变化。当掺入不同含量Gd元素时,BNBT陶瓷仍然处于三方相和四方相共存的准同型相界区,并且没有产生杂相,但是其电学性能却受到了很大的影响。由于Gd元素的掺入,破坏了样品原本长程有序的畴结构,从而导致样品的铁电性能下降。当Gd掺杂量到达4 mol.%时,陶瓷的剩余极化强度仅有2.74μC/cm2。在场致应变方面,BNBT-Gd的电致应变能力也随着Gd含量的增加而变弱。总的来说,Gd3+A位取代BNBT陶瓷并没有取得优异的电学性能。另一方面,继续研究Hf掺杂BNBT陶瓷。当BNBT陶瓷引入Hf元素时,样品仍具有单一钙钛矿结构,少量的Hf元素(Hf含量低于1 mol.%)有利于促进晶粒的增长,晶粒的大小在一定程度上会影响样品的电场性能。常温中测量的电滞回线(P-E)表明,样品会随Hf含量的增加从正常的铁电相转变为弛豫铁电相,其中“腰缩”幅度最大的是掺入2 mol.%Hf的BNBT陶瓷,表现出最高的储能性能,储能效率达到38.23%。在场致应变方面,Hf掺入量为1 mol.%时,6 k V/mm电场强度下获得0.35%的大电场应变和583 pm/V的大逆压电常数(Smax/Emax)。因此,Hf掺杂的BNT基陶瓷表现出优异的电学性能,具有取代铅基材料的潜力。