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高温压电材料被广泛应用于新型涡轮发动机、蒸汽机以及核能发电的自动监控,以及航天航空、卫星、导弹的自动控制、汽车发动机燃油监控、石化勘探、超声勘探、冶金、地质等众多特殊领域。在这些领域中,研制出能在高温下不出现退极化而劣化压电器件温度稳定性的压电陶瓷材料非常迫切。 本论文选择 BiFeO3-BaTiO3(BF-BT)体系高温压电陶瓷位于准同型相界(MPB)附近的组成0.71BF-0.29BT作为基体组成,研究了 B位复合离子(Mg1/2Ti1/2)3+、(Zn1/2Ti1/2)3+及(Mg2/3Nb1/3)4+取代对陶瓷物相与结构、微观结构、压电介电、铁电性能以及温度稳定性的影响,并进一步研究了烧结温度和极化工艺对电性能的影响规律,主要研究内容及创新之处如下: 系统研究了 B位复合离子(Mg1/2Ti1/2)3+取代对0.71BiFe1-x(Mg1/2Ti1/2)xO3-0.29BaTiO3(BFMTx-BT, x=0-0.12)对陶瓷晶体结构、电性能以及退极化温度的影响,结果表明微量的(Mg1/2Ti1/2)3+取代对陶瓷晶体结构和显微组织没有明显影响。适量(Mg1/2Ti1/2)3+取代提高了压电常数 d33,但平面机电耦合系数 kp随取代量的增加则一直降低。(Mg1/2Ti1/2)3+取代明显增加了压电性能的温度稳定性,在(Mg1/2Ti1/2)3+取代量x=0.03时,陶瓷的综合性能最优:d33=155 pC/N,kp=0.284,Tc=420℃,Td=400℃。最佳烧结温度和极化工艺分别为:980oC,6kV/mm、10min、105℃。 B位复合离子(Zn1/2Ti1/2)3+取代0.71BiFe1-x(Zn1/2Ti1/2)xO3-0.29BaTiO3(BFZTx-BT, x=0-0.05)陶瓷均形成了钙钛矿伪立方结构固溶体,但较高含量(Zn1/2Ti1/2)3+取代抑制晶粒生长。d33和kp都随着取代量的增加先增加后减少,适量(Zn1/2Ti1/2)3+取代可提高d33的温度稳定性。在取代量为x=0.01时,陶瓷具有最优的性能:d33=163 pC/N,kp=0.30, Tc=432℃,Td=420℃。最佳烧结温度和极化工艺分别为:980℃,5kV/mm,15min,105℃。 系统研究 B位复合离子(Mg2/3Nb1/3)4+取代0.71BiFeO3-0.29BaTi1-x(Mg1/3Nb2/3)xO3(BF-xBTMN, x=0.01-0.09)陶瓷的组成、物相及结构、压电介电、铁电性能及温度稳定性。发现所有组成都为伪立方钙钛矿结构,显微形貌变化不明显。kp随组成没有明显的改善,但 d33有一定增加。居里温度 Tc和退极化温度 Td均随取代量的增加先增加后降低。其综合性能在x=0.01时到最佳:d33=158 pC/N,kp=0.302,Tc=458℃,Td=410℃。最佳烧结温度和极化工艺分别为:980℃,3.5kV/mm,10min,105℃。