Ca、Sr掺杂BZT无铅压电陶瓷的制备、微结构和电学性能研究

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本文采用传统的溶胶-凝胶法制备了一系列的(Ba1-xCax)(Ti0.95Zr0.05)O3、(Ba1-xSrx)(Ti0.95Zr0.05)O3粉体,并采用两段式无压烧结的方法对粉体进行了烧结。对各组分的陶瓷进行了晶体结构和表面形貌的表征,以及铁电、压电和介电性能的测试,研究了陶瓷的电滞回线、压电响应曲线和介温谱的规律。然后,分析了烧结温度对最佳组分x=0.04的BCZT陶瓷微结构和电学性能的影响。另外,还研究了BCZT陶瓷的极化反转过程的机理。  陶瓷的X衍射图谱表明各组分陶瓷均是典型的ABO3型钙钛矿结构,Ca2+、Sr2+、Zr4+均扩散到钛酸钡晶格中并形成稳定的固溶体。组分x≧0.10的BCZT陶瓷在室温下以正交相结构存在,x<0.10时,陶瓷在室温下正交相与四方相共存。另外,随着Ca掺杂含量的增加,(200)峰向大角度方向移动。0.02≤x≤0.06的BSZT陶瓷是正交相与四方相共存,x>0.06时,为正交相。  陶瓷的SEM图片表明x=0.04的BCZT晶粒尺寸大,致密度高,没有明显的缺陷。  陶瓷的电学性能测试结果表明,各组分的电学性能都比较优良,尤其是处于准同型相界处x=0.04的BCZT陶瓷,剩余极化强度达到8.44μC/cm,介电常数能够达到29600,压电系数d33达到399pm/V。  本文研究了烧结温度对x=0.04的BCZT陶瓷的影响,结果表明随着烧结温度的升高(1290℃-1370℃),晶粒尺寸变大,剩余极化强度、压电系数d33以及介电系数都呈现出先增加后减小的规律,而且在烧结温度为1330℃时,陶瓷的微结构和电学性能最优异。  对BCZT陶瓷进行极化反转过程机理的研究表明,电场、温度和频率对电畴的翻转有影响。
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