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《Nb＋掺杂改性CaBiTiO压电陶瓷的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、Nb5＋掺杂改性CaBi4Ti4O15压电陶瓷的研究第32卷第2期2011年6月《陶瓷》JOURNAL0FCERAMICSVo1.32.No.2Jim.2011文章编号:1000—2278(2011)02—0224-04Nb掺杂改性CaBi4Ti4O5压电陶瓷的研究洪燕李月明沈宗洋王竹梅廖润华李润润刘虎(景德镇陶瓷学院材料科学与工程学院,江西省先进陶瓷材料重点实验室,江西景德镇333403)摘要采用传统固相烧结法,制备了CaBi4Ti(O.(x=0.00—0.05,CBT-N)系铋层状结构无铅压电陶瓷.研究了Nb叫参杂对CBT压电陶瓷压电与介电性能的影响.研究结果表明:添加Nb离子,改善了C
2、BT陶瓷的烧结特性,提高了瓷体的致密度.NbD的引入降低了CBT系列陶瓷的介质损耗,改善了陶瓷的压电与介电性能.当掺入量x--O.04(CaBicTi0)时制备的CBT基铋层状压电陶瓷具有优异的压电性能:d.~=14pC/N,Q~=3086,8,=212,tan8=0.0041,k]kp=1.681.关键词铋层状;介电性能;压电性能;Cam,T1申图分类号:TQ174.75文献标识码:A陶瓷,并研究其介电性能和压电性能的变化规律.0前言铋层状结构材料因其具有居里温度高,介质损耗低,介电击穿强度大,各向异性大,电阻率高等优点,适合应用于高温,高频无铅压电陶瓷领域n州.铋层状结构化合物晶体结构是
3、BiO22+层和包含有Bo6八面体伪钙钛矿层有规则的相互交叠而成,它的通式为:(Bi202)NA~-,Bm0.)扣.式中:A为一价,二价,三价离子或其混合离子,B为四价,五价或六价离子,m=l一5之间的整数,对应于伪钙钛结构BO八面体的层数.CaBiiTi40(CBT)是一种典型的m=4的铋层状结构无铅压电陶瓷材料.单纯的CBT居里温度高(775oC),但机电耦合系数小(<l0%),压电常数小(一7pC/N)f”,为了克服这一缺点,对该类陶瓷进行了大量掺杂改性研究,包括SP[41,Cu删,Mn[61,(Li,Na,I【+,Ce,~)tn,w嘲对(AlBmO1)的A位,B位和A)B位进行
4、取代.N为高价B位取代,当掺杂量较小时聊,可以降低氧空位浓度,使电导率急剧下降,从而保证材料得到充分极化,可以有效改善CBT陶瓷的压电与介电性能.可对于Nb掺杂改性CBT陶瓷的物相,显微结构及其压电和介电性能变化规律的研究还不完全.因此本文采用Nb高价B位掺杂CBT收稿日期:2010-12—22通讯联系人:洪燕,E—mail:hongyanwendyll17@163.com1实验采用固相普通烧结工艺制备了CaBi4Ti40l5+xmolNbzO5(CBT-N,x=0.00,0.01,0.02,0.03,0.04,0.05)无铅压电陶瓷.将分析纯Bi20,TiO,CaCO.,Nb20按照相应化
5、学计量比称量,其中Bi.O.过量8%-10%,行星球磨8h混合均匀.混合好的物料,在850-900℃保温2h预烧后再球磨8h,添加PVA造粒,压制(12MPa)成直径为10mill,厚度为lmin的圆片.圆片在600oC保温2h排胶后于1000～l150℃保温3h烧结,将烧结好的陶瓷圆片上下两面磨平,被银,在850oC烧银.置于180℃的硅油中,施加3-8kV/mm极化20min,放置24h后测其各项电性能.用Archimedes排水法测试陶瓷的密度.在_3A型d测量仪上测量d值.利用X射线粉末衍射仪(08Advance,Brukeraxs)表征陶瓷的相结构.通过扫描电子显微镜(SEM)(J
6、SM-6799F,Japan>观察陶瓷的表面形貌,使用精密阻抗分析仪(HP4294A,AgilentTechnologies,Inc,USA)通过谐振和反谐振法测量CBT-N陶瓷径向面机电耦合系数(kD),厚度机电耦合系数(kO和机械品质因数(Q,并测量其介温曲线.《陶瓷))2011年第2期∞jo盘璺2-theta图1CBT—N样品的XRD图谱Fig.1XRDpatternsofCBT-Nceramics图2CBT—N陶瓷烧结温度随掺杂量X变化曲线Fig.2SinteringtemperatureofCBT—Nceramics(x=0.00—0.05)图3CBT—N陶瓷x=0.01(a
7、),x=0.02(b),x=0.O4(c)抛光热腐蚀表面SEM照片Fig.3SEMimagesforpolishedandthermallyetchedsurfacesofCBT-Nceramics:x=0.01(a),x=0.02(b),X-O.04(c)2结果分析与讨论2.1微结构分析图l是CBT-N样品预烧粉末XRD图谱.从图可知,样品经过预烧均已生成正交相CaBi4TiO基陶瓷粉体.所有样品的最强峰均
