【摘 要】
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压电陶瓷是一种广泛使用于电子产品中的功能材料,它能够将机械能与电能进行转换。目前,以Pb（Zr,Ti）O3为代表的铅基压电材料已成为商业生产中应用最广泛的材料之一,但是铅基陶瓷的主要原料Pb O易挥发且有毒,会对陶瓷性能与人类的健康生活产生大量不良影响。因此,压电陶瓷的无铅化是未来发展的一个必然趋势,BiFeO3-Ba TiO3陶瓷由于其高居里温度和良好的压电性而被广泛地用于各种高温电子设备中。但
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压电陶瓷是一种广泛使用于电子产品中的功能材料,它能够将机械能与电能进行转换。目前,以Pb（Zr,Ti）O3为代表的铅基压电材料已成为商业生产中应用最广泛的材料之一,但是铅基陶瓷的主要原料Pb O易挥发且有毒,会对陶瓷性能与人类的健康生活产生大量不良影响。因此,压电陶瓷的无铅化是未来发展的一个必然趋势,BiFeO3-Ba TiO3陶瓷由于其高居里温度和良好的压电性而被广泛地用于各种高温电子设备中。但是该材料漏电流大、烧结温度范围窄以及Bi挥发、Fe变价等引起的压电及储能性能不高的问题,使其离实际化和规模化生产尚有较大的差距。本文将从BiFeO3-Ba TiO3陶瓷绝缘性能的改善入手,对其压电、介电性能及储能特性进行研究。具体研究内容如下:研究了Fe2O3原料预处理对0.7BiFeO3-0.3Ba TiO3无铅压电陶瓷绝缘性及压电性能的影响。XRD与SEM分析表明,所有样品均为三方与伪立方共存相;随着干燥时间的增加,该陶瓷的三方相含量增强,同时其晶粒尺寸也逐渐增大。此外,随干燥时间的增加,样品绝缘性得到明显提高,其电性能与温度稳定性也随之增强。当干燥时间为192 h时,获得最佳的压电性能(压电系数d33=203 p C/N,居里温度Tc=460℃)。研究了（0.7-x）BiFeO3-0.3Ba TiO3-x Bi(Zn0.5Ti0.5)O3（x=0,0.003,0.005,0.01）陶瓷的晶体结构、应变性能与温度、频率特性以及应变曲线的抗疲劳行为。根据极化前后的XRD结果发现,掺入适量的BZT可以有效提高陶瓷样品中三方相（R3c）的相对含量,促进陶瓷晶粒的生长,对改善陶瓷电性能有明显促进作用。当x=0.005时,其居里温度Tc=472℃,介电常数?max=54700。此外,适量BZT的掺入可以提高陶瓷材料的应变值（S）与逆压电系数(d*33)。当x=0.005时,S=0.97%,d*33=1212.5 pm/V。通过对其应变性能的研究发现,该陶瓷的电致应变具有优异的温度稳定性和抗疲劳性。研究了（1-x）BiFeO3-x(0.85Ba TiO3-0.15Bi(Zn0.5Ti0.5)O3（x=0.60,0.63,0.65,0.67,0.70）陶瓷的微观结构、介电性能及其储能特性。从XRD和SEM分析中可以看出,随着BZT掺杂量的增大,样品由三方与伪立方共存相转变为单一的伪立方相结构,且晶粒平均尺寸也随之减小。随着BZT含量的增加,材料的介电常数降低,试样的弛豫性得到加强。同时,陶瓷的剩余极化强度（Pr）降低。当x=0.63时,陶瓷的最大极化强度(Pmax)为53.94μC/cm~2,Pr为7.489μC/cm~2,对应的储能密度（W）为3.7 J/cm~3,有效储能密度(Wre)为2.3 J/cm~3。
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