锰掺杂对(Na0.5Bi0.5)TiO3-BaTiO3-(K0.5Bi0.5)TiO3陶瓷介电和压电性能的影响

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A位Bi掺杂对(Bi_(0.5)Na_(0.5))TiO_3无铅压电陶瓷性能研究

第２９卷第２期１
Ｖｏ．９Ｎｏ２ｌ１２．
企业技术开发
ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＣＡＬＤＥＶＥＬ０ＰＭＥＮＴＯＦＥＮＴＥＲＰＲＩＥＳ
２１００年１月１
ＮＯ．０１Ｖ２０
Ａ位Ｂ掺杂对（ｉＮａ５ｉ无铅压电陶瓷性能研究ｉＢ０ＱＴｏ３ｓ）
ｒｔ（ｎａｂａｉｏａｓｔｓｔｒｇｆｏｄｒｅｈｄＷｅａａｚｄｉｃｏｔｅｕｅｂ —ａｉｒｃｉｎａｕｅｓａｅＫ５ ∞）ｙｔｄｉｎｌｔｅｉｅｎｏｌｗｅｔｏ．ｎｌｅｓｒｓｕｔｒｙｘｒｙｄｆａｔｎａｄｍｅｓｒｄｉＮｒｔａｎｉ￣Ｉｍｙｔｍｉｒｆｏｔ
Ａｓｒｃ：ｋｉｅｅｔｂ３ｘｉ３ＫＮ—ｘｉ３（＝．０００５００００２ｃｒｍｉｓｍｌｓｉｉｅｅｔｉｏｉｇｂｔａｔＷｅｍａｅｄｆｒｎＯ一Ｂ２（ＮｆＮ０Ｂ２）ｘ００，．，．１．．）ｅａｃａｐｅｔｄｆｒｎＢｐｎＯ００ｗｈｆｄ
ｄｅｅｔｉｒｐｒｉｓａｄｐｅｏｌｃｒｃｐｏｅｉｓＴｅｒｓｌｐｏｅｈｔａｐｏｒｔｉｄｐｎｏｎｔｈｎｅｔｅｓｒｃｕｅｏｉｌｃｒｃｐｏｅｔｎｉｚｅｅｔｉｒｐｒｅ．ｈｅｕｔｒｖｓｔａｐｒｐｉｅＢｏｉｇｄｏａｇｈｔｕｔｒｆＫＮＮｅｔａｃ
在＝．０００５时达到了最大值，６．ｐ／为７１ＣＮ。一
关键词：电材料，Ｎ — Ｂ２介电性能，电性能压ＫＮｘｉ，０压中图分类号：Ｑ７Ｔ１４文献标识码：Ａ文章编号：０６８３（００２ — ０４Ｏ１０ — ９７２１）１０６一２

(0.84-x)Na0.5Bi0.5TiO3-0.16K0.5Bi0.5TiO3-xSrTiO3系无铅压电陶瓷结构与电性能

到所需陶瓷样品，再将样品抛光后上银电极，在常温硅油浴中加４～４．５ｋＶ／ｍｍ电压极化１５ｍｉｎ，放置２４ｈ
钛矿固溶体结构，室温下由于其具有较高的剩余极化
强度（Ｐ一３８￣Ｃ／ｃｍ），被认为是一种很好的无铅压电陶瓷的候选材料＿１ｊ，但由于较大的矫顽场（Ｅ一７．３
１引言
ＮａＢｉＴｉＯ。（ＮＢＴ）是一种Ａ位复合取代的钙
量，原料经球磨，烘干后，再在８６０℃下合成所需粉体，二次球磨后加ＰＶＡ溶液造粒，于１４ＭＰａ压力下成型，素坯经排胶（５００。Ｃ，２ｈ），烧结（１１３０℃，２ｈ）后得
量１ｍｏｌ的Ｂｉ计，在此基础上引入ＳＴ形成一个新的
体系陶瓷的结构与电性杂范围内（０≤ｚ≤ ０．０６），材料均能形成单一的钙钛矿固溶体结构。随着的增加，陶瓷晶体结构逐渐
回线表明体系陶瓷在Ｔ以上可能存在极性相与非极
性相共存。
２实验
采用传统固相法合成了ＮＢＴ — ＫＢＴ — ｚＳＴ（ｚ一０，
０．０２，０．０３，０．０４，０．０５和０．０６）陶瓷样品，以化学纯
ＮａＢｉｏ５Ｔｉ０３ — ０．１６Ｋ。＿５Ｂｉ０５ＴｉＯ３ＳｒＴｉ０３（简称ＮＢＴ— ＫＢＴ— ｚＳＴ）无铅压电陶瓷，研究不同ＳＴ掺量对

(Bi0.5Na0.5)TiO3-(Bi0.5K0.5)TiO3陶瓷在准同型相界附近的铁电和压电性能

ＢＮＴ具有铁电性强、压电系数大、介电常数小、声学
ｘ０１５到ｘ０２的样品依次编号为ＢＴ１＝．３＝．４ＮＫ～
ＢＮＫＴ８。
性能好、烧结温度低等优良特性，被认为是最具吸引力的无铅压电陶瓷材料体系之一【】然而，ＮＴ的矫３。Ｉ４Ｂ顽场高，在铁电相区的电导率高，因而很难极化。加之ＮａＯ易吸潮，陶瓷的烧结温度范围窄，导致体系２
相关实验结果的基础上给出了ＭＰ的具体范围和结Ｂ构分析，为以Ｂ－ＫＴ为基的多元系的探索。ＮＴＢ打下
了的基础。同时，本实验还对密封烧结工艺对无铅压电陶瓷性能的影响作了初步的研究。
谐调性，欧盟已出台相关指令禁止或限制使用铅等有害物质投放市场。无铅铁电材料逐渐取代铅系弛豫铁电
摘
要：通过传统的固相烧结法合成（－）ｉ５ｏ）ｉ－（ｉ５ｏ）ｉ陶瓷（选取范围０１５０４。先在８０ ℃ 合１ｘ（０Ｎａ５Ｏ３ＢｏＫＴＯ３ＢＴｘ５．３～．）２５
成原料粉体，然后在１０～２０ ℃下烧结得到陶瓷样品。分析检测该体系陶瓷的结构以及铁电、压电性能。ｘ射线衍１０１０射分析结果表明，该二元系准同型相界（Ｂ）区域位于ｘ０１５０２５附近。对这一体系铁电和压电性能进行测试，ＭＰ＝．～．６２

钛酸铋钠Bi0.5Na0.5TiO3(BNT)的制备工艺

钛酸铋钠Bi0.5Na0.5TiO3（BNT）的制备工艺摘要：结合钛酸铋钠Bi0.5Na0.5TiO3（BNT）的性质，介绍了钛酸铋钠Bi0.5Na0.5TiO3（（BNT）的制备工艺。

关键词：钛酸铋钠Bi0.5Na0.5TiO3BNT）制备工艺压电陶瓷是一类极为重要的﹑世界各国竞相研究开发的功能材料，被广泛应用于通信﹑家电﹑航空﹑探测和计算机等诸多领域，是最重要的电子材料之一。

但是现在使用的压电陶瓷材料仍是含铅的，其中铅基压电陶瓷中氧化铅约占原材料总量的70%。

氧化铅是一种有毒物质。

因此，无铅压电陶瓷成为研究的热点。

Bi0.5Na0.5TiO3（缩写为BNT）具有铁电性强、压电常数较大、介电常数小、声学性能好等优良特性，且烧结温度较低，被认为是最具吸引力的无铅压电陶瓷材料体系之一[1]。

一、钛酸铋钠0.5Na0.5TiO3（BNT）的性质钛酸钡（BaTiO3）是最早发现的典型无铅压电材料，其居里温度较低，工作温度范围较窄，压电性能属于中等水平。

当前研究多集中在对钛酸钡进行深度改性，如BT-Nb2O5-Co3O4﹑BT-Nb2O5-ZnO﹑BT-Bi2O3-TiO2均具有平缓的电容量温度特性。

[2]研究表明，上述材料体系的平缓温度特性得益于陶瓷中形成的细晶结构或壳-芯（core-shell）结构[3，4]。

钛酸铋钠Bi0.5Na0.5TiO3（BNT）是1960年Smolensky等[5]首次合成并发现的具有钙钛矿结构的铁电体，同时为A0.5A′0.5TiO3，是钛酸盐系列的典型代表。

BNT在室温下是三方铁电相，在230℃时经历弥散相变转变为反铁电相，在320℃转变为四方顺电相，520℃以上BNT为立方相。

BNT具有弛豫铁电体的特征，具有相对较大的剩余极化强度Pr（38μC/cm）﹑压电系数大（kt，kp约50%）﹑介电系数小（240～340）﹑声学性能好（其频率常数Np=3200Hz？m）和极高的矫顽场（7.5kV/mm）。

掺铟对(Bi0.5Na0.5)0.93Ba0.07TiO3压电陶瓷的影响

ＺＨＯＵｏｓｎ，Ｔａ－ｈｅｇＨＵＡＮＧｎｇｘａＳＡＮＧｎｚｏｇＧＵａ－ｈａ２，Ｒｏ－ｉ，ＨＸｕ－ｈｎ，Ｈｏｓｕｎｇ
ＧＵｏｉｎｙｎｇ，Ｊａ。ｏ。ＣＨＡＩＬｉｙｎｇ－ｉ。
（．ＳｈｏｆＭａｅｉｌｉｎｅａｄＥｎｉｅｒｎｎｙＬａ．ｏｒｏｌｃｒｃａｄＰｉｏｌｃｒｃＭａｅｉｌｎｖｃｓｏ１ｃｏｌｏｔｒａｓＳｃｅｃｎｇｎｅｉｇａｄＫｅｂｆＦｅｒｅｅｔｉｎｅｅｅｔｉｔｒａｓａｄＤｅｉｅｆＨｕｉＰｒｖｎｅｈｅｏｉｃ，Ｈｕｅｎｖｒｉｙ，Ｗｕｎ４０６ｈｉＵｉｅｓｔｈａ３０２，Ｃｈｎｉａ；２ＳｈｏｆＰｈｓｃｎｅｔｏｉｃｎｌｇ．ｃｏｌｏｙｉｓａｄＥｌｃｒｎｃＴｅｈｏｏｙ，Ｈｕｅｎｖｒｉｙ，ｈｉＵｉｅｓｔ
ＡｂｔａｔＢｏ５ｏ）３ａ７Ｏ３ｐｅｏｌｃｒｃｃｒｍｉｓｄｐｄｗｉｎｒｔｄｅ．Ｘ— ａｉｒｔｎｐｔｓｒｃ：（ｉｏｏＮａ５９Ｂ０ＴｉｉｚｅｅｔｉｅａｃｏｅｔＩ２ｗｅｅｓｕｉｈＯ３ｄｒｙｄｆａｉａ— ｆｏｔｒｓｓｏｄｔａＮＢｃｒｍｉｓｄｐｄｗｉｈｐｏｅｍｏｎｆＩ２ｘｉｉｄａｓｎｌｐａｅｏｅｏｓｉｔｕ — ｅｎｈｗｅｈｔＢＴｅａｃｏｅｔｒｐｒａｕｔｏｎｅｈｂｔｉｇｅｈｓｆｐｒｖｋｔｓｒｃＯ３ｅｅｔｒ．Ｔｈａｔｒｓａｓｅｅｌｄｔａｈｍｏｎｆｒｏｏｅｒｌｐａｅｅｒａｅｎｈｍｏｎｆｔｔａｏａｕｅｅｐｔｅｎｌｏｒｖａｅｈｔｔｅａｕｔｏｈｍｂｈｄａｈｓｓｄｃｅｓｄａｄｔｅａｕｔｏｅｒｇｎｌｐａｅｎｒａｅｎｔｅｍｏｐｏｒｐｃｐａｅｂｕｄｒ．ＷｉｏｉｇｐｏｅｍｏｎｆＩ２，ｔｅｇａｎｓｅｏｈｅｈｓｓｉｃｅｓｄｉｈｒｈｔｏｉｈｓｏｎａｙｔｄｐｎｒｐｒａｕｔｏｎｈＯ３ｈｒｉｉｆｅｃ — ｚｔｒｍｉｓｗａｎｉｉｅｎｏｇｎｚｄ，ａｈｗｎｂｃｎｉｇｅｅｔｏｃｏｃｐ．ＷｈｎｔｅａｕｔｏｎｓａｃｓｉｈｂｔｄａｄｈｍｏｅｉｅｓｓｏｙｓａｎｎｌｃｒｎｍｉｒｓｏｙｅｈｍｏｎｆＩｚｗａ０３０１，ｔｅ（ｉ５ｏ）３ａｏ７Ｔｉｅａｃｒｓｎｅｐｉｌｐｅｏｌｃｒｃｐｏｅｔｅ．６ｈＢ０Ｎａ５０Ｂｏ９Ｏ３ｃｒｍｉｓｐｅｅｔｄｏｔｍａｉｚｅｅｔｉｒｐｒｉｓ：ｋ一０５ｓ一２５ｐ．，ｄａ０Ｃ／

Gd3+掺杂调控BiFeO3-BaTiO3高温无铅压电陶瓷的结构与性能

第 4 期第 43-53 页材料工程Vol.52Apr. 2024Journal of Materials EngineeringNo.4pp.43-53第 52 卷2024 年 4 月Gd 3+掺杂调控BiFeO 3-BaTiO 3高温无铅压电陶瓷的结构与性能Structures and properties of Gd 3+ doped modified BiFeO 3-BaTiO 3 high -temperature lead -free piezoelectric ceramics唐蓝馨1，王芳1，周治1，李双池1，左鑫1，李凌峰1，杨柳1，谭启2，陈渝1*（1 成都大学机械工程学院，成都 610106；2 广东以色列理工学院材料科学与工程系，广东汕头 515063）TANG Lanxin 1，WANG Fang 1，ZHOU Zhi 1，LI Shuangchi 1，ZUO Xin 1，LI Lingfeng 1，YANG Liu 1，TAN Daniel Q 2，CHEN Yu 1*（1 School of Mechanical Engineering ，Chengdu University ，Chengdu 610106，China ；2 Department of Materials Science and Engineering ，Guangdong Technion -Israel Institute of Technology ，Shantou 515063，Guangdong ，China ）摘要：用于监测航空发动机、重型燃气轮机等重大技术装备高温部件振动状态的压电加速度传感器，需要一种高居里温度压电陶瓷作为敏感元件，而电子元器件的无铅化是环境保护的迫切要求。

采用传统的固相反应法制备一种Gd/Mn 共掺杂的BF -BT （（0.67BiFeO 3-0.33Ba 1-x Gd x TiO 3）+0.5%（质量分数）MnO 2，x =0~0.02）高温无铅压电陶瓷，并研究Gd 3+掺杂浓度（x ）对BF -BT 陶瓷的相组成、微观结构、压电性能、介电弛豫行为及交流阻抗特征的影响。

Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3-BaTiO_3-KNbO_3陶瓷的介电特性及相变行为研究

陶瓷有３个介电异常峰，而ＢＢ－．ＫＮＴ０４Ｎ和ＢＢ－．Ｋ０ＮＴ０８Ｎ陶瓷中有２个介电异常峰，０并对陶瓷中出现的介电异常进行了讨论．通过介电温谱数据拟合，讨论了ＢＢ－Ｎ陶瓷的介电弛豫特ＮＴＫｘ
性，并解释了ＢＴｘＮ陶瓷退极化的原因以及出现双电滞回线的机理．ＮＢ－Ｋ
铅压电材料【］Ｂ的居里温度为３０室温下３：Ｔ西Ｎ２ ℃，为三方结构，具有相当大的剩余极化强度Ｐ＝８ｒ３
ＫＮ也是种良好的铁电材料，ＢＢ在ＮＴ中加入Ｋ，Ｎ
形成（－）ｏ７ａ．Ｂｏ６ｉ－ＫＮＯ（ＮＢ－ＫＮ）１Ｂｉ４ｏ７ａＴＯ３ｘ．Ｎ４ｏｘｂ３ＢＴｘ
收稿日期：２１－２０００１－８
介电行为进行了研究．
１实验步骤
采用传统陶瓷制备工艺制备出了无铅压电陶
瓷，１图为制备陶瓷的流程图．Ｂ２３９％、以ｉ（．）Ｏ９９

宁波大学学报（理工版）网址：ｔ：３ｂｂ．ｕｃｈｔ／ｘ．ｕｅ．ｐ／ｎｄｎ基金项目：浙江省科技厅科研项目（０８２０９）．２０Ｃ１６第一作者：倪海民（９３１８一），浙江德清人，男，在读硕士研究生，主要研究方向：无铅压电陶瓷． — ｉｈｉｎｎ＠１３ｏＥｍａｌａｇｉ６．ｒ：ｍｉｃｎ＋通讯作者：罗来慧（１８一），男，江西吉水人，副教授，９１主要研究方向：铁电压电．．ｉｌｓ＠１６ｃｒＥｍａ：ｌｉ２．ｎｌｈｃｏ

(Na0.5Bi0.5)TiO3基无铅压电陶瓷研究进展

ｐａｎｄｗｉｈｍｏｅｕａＴｉａｈｏｙＴｈｅｔｒａｓｓｅａｉｈａｅｗｉｅｙｉｖｓｉａｅｔｐｅｅｒｅｅａｌｌｉｅｔｌｃｌｒｏｂｔｌｔｅｒ．ｒｅｍａｅｉｌｙｔｒｓｗｈｃｔｄｎｅｔｇｔｄａｒｓｎｔ８ｅｇｎｒｌｙ
ｏｔｎｄＴｈｙｔｍｓａｅＮＢＡＴｉ（ — ＣａＳ，ａ）ＮＢＢＮｂ（ｕｌｅ．ｅｓｓｅｒｉＴＯ￣Ａ，ｒＢ，ＴＯＢ— ＮａＫ）ａｄＮＢ１ｎｄｐｎｙｔｍ．ｅ，ｎＴｏｉｇｓｓｅＴｈｃｍｐＭｔｎ＇ｒｐｒｉｎｐｌａｉｎｆｔｅｅｓｓｅｓａｅｓｍｍｅｉｅａｄｔｅｐｉｃｐｅｏｅｉｎｏｏｏｉｐｏｅｔｅａｄａｐｉｔｓｏｈｓｙｔｍｒｕｏｓｃｏｒｚｄ，ｎｈｒｎｉｌｆｄｓｇｆＮＢＴｂｓｄａｅｌａｒｅｐｅｏｌｃＮｃｃｒｍｉｓｉａｓｒｐｓｄｅｄｆｅｉｚｅｅｔｅａｃｓｌｏｐｏｏｅ
ｓｓｅｎａｔｒｎｕｎｉｇｔｅａｅｒｖｅｄｉｈｓｐｐｒｔｅｒａｏｓｆｒｓｒｎ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱｒｏｌｃｒｃｌｏｙｔｍｓａｄｆｃｏｓｉｆｅｃｎｈｍｒｅｉｗｅｔｉａｅ．ｈｅｓｎｏｔｏｇｆｒｅｅｔｉｔｆｌｎｅＮＢＴａｅｅｒｘ
关键词无铅压电陶瓷钛酸船钠铁电性分子轨道

锰掺杂(Na0.5Bi0.5)TiO3-(K0.5Bi0.5)TiO3-BaTiO3-SrTiO3陶瓷结构与电性能

ｃｏ２Ｏ３ｎ３１，Ｉｎ２Ｏ３『ｌ４１，Ｓｍ２０３Ｇｄ２０３【，Ｎｄ３等，都能不
ＮｂＯ３『】（）】，（Ｂｉ０ｓＮａ０一（ＢｉｎｓＫｏ．ｓ）ｘＢａｙＳｒｚＴｉＯｓ『１１１，ＺｎＯｔｔ２ｌ，
（９９％）和ＭｎＣＯ。（９９％）为原料，于１２０ｏＣ下干燥１０ｈ除去原料的结晶水。按所给出配方的化学计量比准确称
杂（Ｂｉ５Ｎａｏ．）ＪＥ；．ｉＯ，都获得优异的压电性能；
Ｊｉａｎｇｔ驯等人研究了ＭｎＣＯ３掺杂ＮＢＴ — ＫＢＴ陶瓷，也
能很好的改善其电学性能。本文以ＭｎＣＯ。掺杂０．８２４
及声学性能好等优点，被认为是很有希望取代铅基压
ＳｒＴｉＯ３无铅压电陶瓷，研究了其结构和电学性能的变
化规律。
电陶瓷的候选材料；但纯ＮＢＴ的矫顽场较大以及在
铁电相区的电导率较高，导致该材料性能未能达到实用化要求［２】。为了提高ＮＢＴ基陶瓷的压电性能，研究
人员对其进行了大量的改性研究，包括引入其他钙钛
矿组元形成固溶体，以及在此基础上进一步掺杂金
属氧化物进行改性，如：０一ｘ）巩．０ＴｉＯ。一ｘＳｒＴｉＱ』，
（１－ｘ）（Ｎａ，Ｂｉｎｄ．ＴｉＯ３－ｘＢａＴｉＯ３［４，５１（１一ｘ）ａｏＴｉｏｘａ）ｉ《ｌ￣）ＴｉＯ３１６，７１１０３ｉｌ，２Ｎａｌ２）ＴｉＯ３－ｙ（Ｂｉ１Ｋｌ，２ｉＯ３一

Bi0.5 Na0.5 TiO3基无铅压电陶瓷的研究进展

第２９卷第１４期２０１３年７月
甘肃科技
ＧａｎｓｕＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏ１
ｆ．２９Ｎｏ．１４
０１３Ｊｕｔ．２
Ｂ－０＿５Ｎａｏ．５ＴｉＯ３基无铅压电陶瓷的研究进展
２．１溶胶一凝胶法
瓷的替代品。
１ＢＮＴ无铅压电陶瓷
ＢＮＴ无铅压电陶瓷是１９６０年有Ｓｍｏｌｅｎｓｋｙ
溶胶一凝胶法是制备超微颗粒的一种湿化学方
法，它的基本原理如图１所示。
等发现的一种Ａ位复合取代的钙钛矿（ＡＢＯ）结构的铁电材料。ＢＮＴ在室温下为三方晶系（ａ＝０．３８８６ｎｍ，仅＝８９．１６ ℃），在约２３０ｏＣ左右经历弥散相变（ＤＰＴ）转变为反铁电相，在３２０℃转变为四方顺电相，５２０ｃＩ：以上，ＢＮＴ为立方相＿４Ｊ。ＢＮＴ陶瓷具有铁电性强、相对较大的剩余极化强度（Ｐｒ＝３８￣ｅ／ｅｍ）、大的压电系数（，，约为４０％一５０％）、
・基金项目：宁夏大学科学研究基金资助项目（ＺＲＩ１５３）。教育部自然科学重点基金资助项目（１０５１５４）
第ｌ４期
师金华等：Ｂｉ０＿５Ｎａ。．５ＴｉＯ。基无铅压电陶瓷的研究进展

(1-x)Na0.5Bi0.5TiO3-xBaTiO3压电陶瓷的制备及其性能研究

Ｔ基压电陶瓷【】ＢｏＮａ５ｉ３Ｎ））２，３ｉ５ｏＴＯ（Ｔ是一种Ａ位复合Ｂ
．．
３结果与讨论
３１结构分析．
图１示出的是粉体试样Ｎ１Ｎ２９０Ｃ预烧制得和在５＂ＢＴＢＮ－Ｔ粉体的ＸＲ图谱。试样Ｎ１Ｎ２均生成了单Ｄ和的ＢＴＢＮ－Ｔ相，钙钛矿结构，最强衍射峰为（１）１０面，峰型尖锐，结晶度较高。
一
钙钛矿（Ｂ）ＡＯ３型铁电体，居里温度为３０，室温下为２℃
铁电相，具有烧结温度低、铁电性强、介电常数小及声学性能好等优点，被认为是最具有吸引力的无铅压电陶瓷材料体系之一，然而该材料与传统的Ｐ（ｒｉ３ｂＺＴ）基压Ｏ电陶瓷相比压电活性低，而且室温下矫顽场大（＝匠
司）分析ＢＴＢ相结构的变化，ＪＭ６８Ｌ扫描电子Ｎ－Ｔｓ３ｏ．Ｖ
显微镜（日本电子，国牛津）观察ＢＴＢ的显微组织英Ｎ－Ｔ结构变化，安捷伦４９Ａ型精确阻抗分析仪测试介电常２４数８，准静态ｄ３量仪Ｙ２３Ａ（苏联能电子技术有３测Ｅ７０江限公司）测试压电常数如３。耐压测试仪ＭＳ６１（２７Ａ南京民盛电子仪器有限公司）。
２实
验
２１实验方法．
较完整的外观；气孔较少，晶粒粒度小且均匀（￣，２ｔｍ）
能看到明显的晶界，陶瓷致密度高。用排水法测得其密度为６０ｇｅ，到理论密度的９％。．１／ｍ达９陶瓷样品Ｎ中２

Bi0.5Na0.5TiO3-BaTiO3-KNbO3陶瓷的介电特性及相变行为研究

Bi0.5Na0.5TiO3-BaTiO3-KNbO3陶瓷的介电特性及相变行为研究倪海民1, 罗来慧1*, 诸跃进1, 张约品2【摘要】采用固相反应法制备了(1-x)Bi0.47Na0.47Ba0.06TiO3-xKNbO3(BNBT-xKN, x=0~0.08)陶瓷, 借助铁电分析仪、阻抗分析仪、扫描电镜(SEM)等仪器研究了KNbO3(KN)引入后, 对陶瓷的微观结构、相变行为和介电性的影响. BNBT-xKN的扫描电镜(SEM)图显示: 适量的KN对BNBT陶瓷具有细化晶粒、增大致密度作用. 介电温谱(30~500℃)显示BNBT、BNBT-0.01KN、BNBT-0.02KN陶瓷有3个介电异常峰, 而BNBT-0.04KN和BNBT-0.08KN陶瓷中有2个介电异常峰, 并对陶瓷中出现的介电异常进行了讨论. 通过介电温谱数据拟合, 讨论了BNBT-xKN陶瓷的介电弛豫特性, 并解释了BNBT-xKN陶瓷退极化的原因以及出现双电滞回线的机理.【期刊名称】宁波大学学报（理工版）【年(卷),期】2011(024)003【总页数】5【关键词】铁电体; 压电陶瓷; 无铅; 弛豫; 弥散相变压电陶瓷是一种可实现电能和机械能相互转化的功能陶瓷, 在机械、电子、能源等方面具有很广泛的运用. 长期以来, 对压电陶瓷的研究和应用主要集中在Pb(Zr,Ti)O3系列陶瓷(PZT). PZT陶瓷拥有优异的电学性能, 但由于陶瓷制备过程中PbO的挥发, 造成严重的环境污染. 出于环境保护和人类社会可持续发展的需求, 新型环境友好的铁电压电陶瓷已成为世界各国致力研发的热点材料之一[1-2]. 在环境友好型铁电压电陶瓷中, 钛酸铋钠((Bi0.5Na0.5)TiO3, BNT)基陶瓷是一种很有希望的无铅压电材料[3-6]: NBT的居里温度为320℃, 室温下为三方结构, 具有相当大的剩余极化强度Pr=38 μC·cm-2, 较高的矫顽电场Ec=73k V·cm-1, 通过固溶BaTiO3、(Bi0.5K0.5)TiO3、KNbO3等铁电材料可以提高其压电性[7-9], 如由BNT和BT组成的二元体系可能具有较低矫顽电场, 陶瓷极化较容易, 有利于提高陶瓷的压电性能[7].钛酸铋钠随温度变化具有复杂的相变行为, 在220, 320和540℃温度处发生相变, 220℃处BNT陶瓷退极化, 失去压电性, 但是对其退极化的原因争论较多. 由于在退极化温度附近测量到了材料的双电滞回线[6,10], 所以认为导致退极化的原因是由于在退极化温度处发生了铁电相到反铁电相的相转变, 然而在相转变温度以上通过高分辨的X射线衍射、中子衍射等实验手段并没有观测到反铁电相的存在[11-12], 而退极化温度决定了BNT基陶瓷的温度稳定性, 因此有必要对BNT基陶瓷的退极化原因进行深入的研究. BNBT陶瓷是一种在准同型相界的无铅压电陶瓷, 具有较大的压电性能, KN也是种良好的铁电材料, 在BNBT中加入KN,形成(1-x)Bi0.47Na0.47Ba0.06TiO3-xKNbO3(BNBT-xKN)陶瓷, 有利于提高陶瓷的压电性. 笔者采用固相烧结方法制备出了BNBT-xKN (x=0~0.08)陶瓷, 通过测量陶瓷在不同频率下的介电温谱, 结合不同温度下电滞回线分析, 对BNBT-xKN陶瓷的相变和介电行为进行了研究.1 实验步骤采用传统陶瓷制备工艺制备出了无铅压电陶瓷, 图1为制备陶瓷的流程图. 以Bi2O3(99.9%)、Na2CO3(99.8%)、TiO2(99%)、BaCO3(99%)预合成Bi0.47Na0.47Ba0.06TiO3(BNBT)多晶粉体; 利用K2CO3(99%)、Nb2O5(99.5%)预合成KNbO3(KN)多晶粉体, 2种氧化物粉末在纯酒精中球磨10h, 然后烘干,再在850℃条件下烧结2h, 在该阶段中, 2种粉末发生的化学反应分别如下:将烧结好的BNBT和KN粉末按BNBT-xKN (x=0~0.08)化学式配料球磨10h 后干燥, 再用5%浓度的PVA溶液造粒过筛, 在10MPa条件下压成直径10mm、厚度为1mm的圆形薄片, 在1150℃条件下烧结3h, 样品磨平后被银, 在650℃烧渗银电极. 然后在80℃硅油中以3~4 kV·mm-1极化20min,在空气中放置24h后测试其性能. 我们利用阻抗分析仪(Agilent 4294A)测试了陶瓷在100Hz, 10kHz和1MHz的介电温谱, 利用铁电分析仪(RT Premier II)测试其在10 Hz 下的电滞回线(P-E), 并利用中科院声学所的准静态压电测试仪(ZJ-3AN)测试其压电系数d33.2 结果与讨论利用X衍射仪对所制备陶瓷的结构进行了分析, 结果显示所制备的陶瓷无其他相存在, 均为在准同型相界的钙钛矿结构. 图2是BNBT、BNBT-0.01KN、BNBT-0.04KN陶瓷放大20000倍的SEM形貌图, 从图中可以看出BNBT-0.01KN晶粒最小,晶粒较为均匀, 致密度最好; BNBT-0.04KN晶粒最大, 致密度较差. 说明适量的KN可以细化晶粒,提高陶瓷的致密度, 从而提高压电性能, 但过量的含量会起相反的作用.对铁电体而言, 介电温谱是一种研究铁电体的相转变的有效手段, 图3为不同组分的陶瓷在频率100Hz, 10kHz, 1MHz时测试的介电温谱, 从图中可以看出, BNBT、BNBT-0.01KN、BNBT-0.02KN陶瓷存在3个介电异常. 第1个介电异常峰发生在温度Td处, 是由退极化引起的, 3个组分的陶瓷的Td分别在105, 85, 55℃附近, 引起退极化的原因争论较多, 如宏畴-微畴转变[13-14]以及铁电-反铁电转变[6,10]. 第2个介电异常发生在温度Ts处, 从图3可知, Ts对测试的频率依赖很大, 在100Hz和10 kHz测试下有明显的介电异常, 而在高频1MHz 下观察不到介电异常, 说明这是由于缺陷的响应跟不上测试频率的变化. 而这些缺陷的来源主要是由于在烧结过程中, 陶瓷组分中的铋、钠、钾元素挥发而引起的. 第3个介电峰发生在Tm处, 是由于铁电-顺电相转变引起的. 此外, 从图3还发现, 随着KN含量的增加, 3个介电异常峰向低温方向移动. 然而在BNBT-0.04KN、BNBT-0.08KN陶瓷中,只观察到2个介电异常峰, 主要是由于第1个介电异常峰随着KN含量的增加, 向低温方向移动发生在室温以下, 所以在测量的温度范围内没有观察到介电异常.通过图3观察BNBT-xKN陶瓷在铁电-顺电相转变处的最大介电常数可以发现: 当x=0.01时, 最大相对介电常数达到5500; x≥0.02时, 随着x的增大相对介电常数逐渐减小; x=0.08时, 相对介电常数仅为3000. 根据缺陷化学可知, 引入的Nb5+占据ABO3型钙钛矿中B位的Ti4+, 导致了A位空位, 形成了带电Nb*Ti点缺陷, 由电价平衡原理还会导致A位空位形成点缺陷VA, 此外由于Na+, K+, Bi3+在烧结过程中易挥发, 会形成点缺陷VA'或(VA和V**. 按照无规电场的理论, 阴、阳离子空位组成无规电场, 将会引起晶格的局域应变, 并根据能量最低原理, 体系为了降低内应力, 将在晶体内部自发形成大量的纳米极性微区以减小体系的能量.少量的KN引入会增加极性微区的数量, 在居里温度时, 由于温度较高, 极性微区的活性增加, 所以少量的KN会增加陶瓷在居里温度的相对介电常数. 但是当较多的KN引入时, 陶瓷体内带电离子缺陷较多, 这会抑制极性微区的活性, 所以陶瓷在铁电-顺电相转变附近的介电常数会有所下降.对于正常的铁电材料, 当温度大于居里温度时, 介电常数和温度的关系满足居里-外斯定律:其中, C为居里-外斯常数; T为绝对温度; T0为居里温度. 为了描述铁电体在居里温度铁电-顺电转变的弥散度, Uchino[15]引入如下关系式来描述相转变的弥散度:式中,rε为T温度下的相对介电常数;cT为介电峰极大值maxε所对应的温度; γ为弥散性指数, 等于1时为正常铁电体, 等于2时为标准弛豫铁电体.图4为利用10KHz下的介电温谱数据, 通过(2)式拟合出来BNBT-xKN陶瓷的介电温谱曲线, 图中标出了不同KN含量时γ值的大小. 图4显示各个组分的γ值均>1, 在KN 含量为x=0.02时得到γ的最大值γ=1.93, KN含量为x=0.08时得到最小值γ=1.52, 从γ值可以知道少量的KN引入会增加居里温度处相转变的弥散性, 也即弛豫性增加.图5为不同组分陶瓷在室温的压电常数, 其显示少量KN能大大提高陶瓷的压电系数d33, BNBT-0.01KN的d33达到195pC·N-1, 然而BNBT-0.04KN、BNBT-0.08KN陶瓷的d33值非常小, BNBT-0.08KN陶瓷d33只有18pC·N-1. 由于BNBT-0.04KN, BNBT-0.08KN陶瓷退极化温度在室温以下, 所以在室温测量BNBT-0.04KN、BNBT-0.08KN陶瓷的压电常数d33很小.图6 是压电陶瓷BNBT-xKN的各个组分在10 Hz交流电压测量的电滞回线, 从图可以看出随着KN含量逐渐加大, 电滞回线变得越来越窄, 越来越倾斜. 少量KN引入后, 在相同的极化场下, 极化强度随着KN的加入而增加, BNBT-0.01KN陶瓷的极化强度最大值达到27.8μC·cm-2. 当KN含量达到2%后, 最大极化强度逐渐减小, 在KN为8%时, 最大极化强度仅为10μC·cm-2, 矫顽场随着KN的加入而逐渐减小. BNBT陶瓷的电滞回线的方形度最好, 矫顽场为27kV·cm-1, 剩余极化强度为20 μC·cm-2. 随着KN的引入, BNBT-0.01KN陶瓷的电滞回线变成了类似反铁电体的双电滞回线. 图6还显示对于引入KN的陶瓷在室温就存在双电滞回线, 而BNBT陶瓷在室温并未观察到双电滞回线,但是在退极化温度附近可以观察到双电滞回线,出现双电滞回线的原因并不是如文献[6,8]中所述的因为BNT基陶瓷在Td处发生了所谓的铁电-反铁电相变. 我们认为在BNBT-xKN陶瓷中出现双电滞回线的原因, 主要是由于BNBT-xKN陶瓷中在一个较大温度范围内(Td附近Tc)非极性区与极性区共存, 理由如下: (1)类似双电滞回线的出现可以通过相变诱导出来, 而在测试电滞回线的过程中电场可以诱导出非极性相到极性相的转变; (2)从图3(a)~(c)可以发现介电温谱中的第1个介电异常处的退极化温度依赖于测试频率, 而铁电-反铁电相转变为一级相变, 相转变温度不依赖于测试频率; (3)图5显示, 在退极化温度Td以上陶瓷还有一定的压电性, 而铁电-反铁电转变后的反铁电陶瓷的压电性应当为零. 从图6还可以发现, 随着KN的引入, BNBT-xKN的极化强度越来越难达到饱和,主要是由如下原因引起的: (1)在室温下在ABO3钙钛矿结构的A位引入的K+和在B位引入Nb5+而形成非极性区域; (2) KN的引入会形成晶格缺陷, 在电场力的作用下这些缺陷会发生定向移动从而产生漏电流而难以饱和极化.3 结论(1) 通过传统的陶瓷制备方法制备出了纯钙钛矿结构的BNBT-xKN的陶瓷, x=0.01时陶瓷的晶粒较细, 晶粒度一致性较好, BNBT-0.01KN的压电系数达到195pC·N-1.(2) 随着掺杂KN的增加, 陶瓷的退极化温度Td以及居里温度Tc逐渐降低, 当x≥0.04时退极化温度降到了室温之下, d33急剧下降, KN含量的改变, 对陶瓷在铁电-顺电相变处的弛豫度, BNBT-0.02KN具有最大的弛豫度.(3) 陶瓷BNBT-xKN在温度Td处发生了极性区-非极性区的转变, 在陶瓷中一个较大的温度范围内极性区、非极性区共存, 极性区、非极性区共存导致了双电滞回线的出现.参考文献：[1] 肖定全. 压电、热释电与铁电材料[M]. 天津: 天津大学出版社. 2000.[2] 赁敦敏, 肖定拿, 朱建国, 等. 无铅压电陶瓷研究进展[J]. 压电与声光, 2003, 25(2):127-132.[3] Sasaki A, Chiba T, Mamiya Y, et a1. 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Na0.5Bi0.5TiO3-K0.5Bi0.5TiO3无陶瓷的制备与性能铅压电

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文献标识码：Ａ
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文章编号：１０－３１２０）８０４ — ４Ｏ１８（０７００５０４
ＡｂｔａｔＮａ０５Ｔｉ一０５Ｂｉ５Ｔｉ３ｅｄｆｅｐｅｏｌｃｒｃｅａｉｓｓｒｃ：０５ＢｉＯ３Ｋ０Ｏｌａ — ｒｅｉｚｅｅｔｉｃｒｍｃｗａｐｒｐｒｄｙｒｄｔｏａｌｓｅａｅｂｔａｉｉｎ
ＳｙｈｅｉｎｄＰｒｅｔｅｆＮａ５Ｂｉ５Ｔｉ一０５ＢｉｓＴｉ３ｎｔｓｓａｏｐｒｉｓｏ００Ｏ３Ｋ０Ｏ
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ＬｅｄｆｅｅｏｌｃｒｃＣｅａｉｓａ — ｒｅＰｉｚｅｅｔｉｒｍｃ
摘要：用传统的干压成型法制备了ＮａＢＴＯ。ＫＢＴｉ铅压电陶瓷，究了不同Ｋ。Ｂ。Ｔｉ量对采ｉｉｉＯ无研－ｉｓＯ含ｓ－
Ｎａｏ
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ＢＴｉＫＢＴｉｉＯ一ｉＯ陶瓷的微观结构与电性能的影响规律。结果表明，Ｂ。ＴｉＫＢｏＴＯ无铅压电陶ＮａｉｓＯ一ｉｓｉ－－
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ｏｆＮａ５Ｂｉ５Ｔｉ３Ｋ０５Ｂｉ５Ｔｉ３ｃｒ００Ｏ一０Ｏｅａｍｉｓｗｅｅｉｅｔｇｔｄ．ＴｈｅｒｓｔｈｃｒｎｖｓｉａｅｅｕｌｓｓｏｗｅｈａＮａ５０５ｉ一ｄｔｔ０ＢｉＴＯ３

Bi(Zn0.5Ti0.5)O3—BaTiO3陶瓷的结构、介电和铁电性能

Bi(Zn0.5Ti0.5)O3—BaTiO3陶瓷的结构、介电和铁电性能摘要本文采用了固相合成法制备BBT系统陶瓷，以Bi(Zn0.5Ti0.5)O3—BaTiO3陶瓷系统为研究对象，通过SEM、XRD等实验手段对其合成过程进行分析，研究了陶瓷制备过程中烧结温度和烧结时间对结构演化的影响，并研究其结构与介电性能和铁电性能的关系。

结果得出：介电常数εr随着烧结温度升高而明显增大，且具有明显的频率敏感性。

三方相含量较高的BaTiO3陶瓷具有较高的矫顽场和较大的剩余极化强度；四方相含量较高的BaTiO3陶瓷具有较低的矫顽场和较小的剩余极化强度，Bi3+取代使三方相含量增加，铁电性能明显提高。

关键词：Bi(Zn0.5Ti0.5)O3—BaTiO3，固相烧结法，结构，介电性能，铁电性能内容引言近年来，由于建筑工业的发展和人们对装饰、装修要求的多样化，国内外建筑卫生陶瓷工业发张十分迅猛。

陶瓷在中国乃至世界有着辉光的篇章，20世纪的工业革命极大地推动了科学技术的进步和社会生产力的发展。

与金属材料和有机高分子材料比较，陶瓷材料的高强度、高硬度、耐腐蚀和化学性质稳定等特性使得它在机械、冶金、化工、航天航空等领域有着广阔的应用市场。

而陶瓷材料在热学、光学、磁学和电子学等方面所表现的特殊性能则构成了功能庞大的家族，为电子技术、传感技术和生物技术等现代高新技术的发展做出了重要贡献。

然而，陶瓷这一传统工业比其他新兴工业发展相对较慢，一方面是由于制造陶瓷的原料大多为天然矿物，在不同地区甚至同一地区原料的组成，结构和性能千差万别，对其认识主要是经验性的，而缺乏通用性和科学认识。

另一方面，陶瓷成型的技术性很强，难以机械化和自动化生产。

总之，传统陶瓷工业发展缓慢的根本原因是其组成—结构—性能之间的关系非常复杂，还有传统工艺技术上的垄断和保守。

一. BaTiO3陶瓷的晶格结构简介钛酸钡是属于典型的钙钛矿型晶体结构，其通式为ABO3。

Bi0.5Na0.5TiO3无铅压电陶瓷的结构有序化控制

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ｏｔｌａｄｔｎｏｘｅｓＢ２ｓ１ｏｅＢｏｅｓｒｃｉｎ１１０ ℃ ｏｉｔｒｇｔｍｐｒｔｒｐｉｄｉｏｆｅｃｓｉ０３％ｆｔＮＴｐｗｄｒｍａｓｆｔ，ｍａｉｉｈａｏ９ｆｓｎｅｉｅｅａｕｅ，ａｄｎｎ
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Ｇａｒｗｈ（ＧｒｉＧｏｔＴＧ）ｍｔｏｉｌｅｌｅＳＴＯａｉｌｓｅｐａｅｏＮ，ｎｆｃｏｅｃｓＢ２３ｓ — ｎｅｈｄｗｔｐａ —ｋｒｉ３ｒｃｅａｍｌｒＴａｄｅｅｔｆｘｅｓｉ，ｉｈｔｉｐｔｓｔｔｆＢｆ０ｎ
ＮｎｎｎｖｒｉｆｅｈｏｏｙＮｎｉｇ１０９ＣｉａａｊｇＵｉｅｔｏｃｎｌｇ，ａｊ００，ｈ）ｉｓｙＴｎ２ｎ
Ａｂｓｒｃ：ｘｕｅ０ａ５ｉ３ＢＴｅｍｃｗｔａｒｅｅ０ｒｎｔｎｅｒａｄｂＴｍｌｅｔａｔＴｅｔｒｄＢｉ５Ｎ０ＴＯ（Ｎ）ｃｒｉｉｐｆｒａｓｈｅｒｄ［０］ｏｉｔｉｒｐｅｒｙａｅｐａ１ｅａｏｗｅｐｅｔ
摘要：以片状ＳＴＯ晶粒作为模板，用模板晶粒生长法（Ｇ）ｒｉ使ＴＧ控制制备［０］０１取向的有序化Ｂ。ＮｏＴｉ压电ｉａＯ
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陶瓷，同时研究了过量Ｂ：烧结温度以及掺Ｍｎｉ、ＯＯ对ＢＮｏＴＯ有序度的影响．究结果表明，ｉａｉ研过量Ｂ：最ｉ的Ｏ佳掺入量为ＢＴ粉料质量的１；１０ｏ是合适的烧结温度，１１０ｏＮ％１９Ｃ在９Ｃ下，ＮＢＴ一１试样的有序度相对较高，有序度为８．％；Ｏ的加入有效地提高了试样的有序度，８２Ｍｎ并且降低了试样的烧结温度，同时也使得烧结温度范围变窄．在烧结温度为１７０℃下，１掺质量分数为０３Ｍｎ．％Ｏ的ＢＴ一１试样的有序度为９．％．Ｎ１１

(Bi0.5Na0.5)TiO3系无铅压电陶瓷研究现状与展望

杂改性进行了探讨，展望了它的发展前景。并
【关键词】Ｎ０ＢＴＯ；ａＩｉ无铅压电陶瓷；Ｄ相变；掺杂改性
中图分类号：Ｍ８Ｔ２２文献标识码：Ａ
ＣｕｒｎｔｔｓａＰｏｐｃｓｏＢｏｏ）ｉ－ａｅｒｅｔＳａｕｎｒｓｅｔｆ（ｉ５．ＴＯ３ｂｓｄ．Ｎａ５
文章编号：６３２１（０６０．７６０１７．２２０）５０９．８６
（ｉ５ａ．ＴＯ系无铅压电陶瓷研究现状与展望Ｂｏｏ）ｉ３．Ｎ５
张子英。德林。杨张伟。红霞。卢胡行
４０５）５０２
ｌ州大学物理工程学院，料物理教育部重点实验室，南郑州郑材河
的压电性能而得到广泛的应用，这类陶瓷含有占原料总但重量的７％左右的ＰＯ或Ｐ０）０ｂ（ｓ。因为它们有极强的挥发性和极大的毒性，在制备和废弃后的处理过程中都会对故人类和环境带来灾难性的影响为了保护地球和人类的生存空间，止环境污染．０１防２０
ＬｅｄｆｅｅｏｌｃｒｃＣｅａｉｓａ．ｒｅＰｉｚｅｅｔｉｒｍｃ
ＺＨＡＮＧ－ｉｇ，ＹＡＮＧ－ｉＺｉｙｎＤｅｌｎ，ＺＨＡＮＧｅ，ＬＵｏｇｘａ，ＨＵｉＷｉＨｎ－ｉＸｎｇ
（ｃｏｌｏｈ蓟ｃｌｇｎｅｉｇＳｈｏｆＰｙａｉｅｒｎ，ＫｅｂｒｔｒｆＭａｅｉｌＰｙｉｓｏｎｓｒＥｎｙＬａｏａｏｙｏｔｒａｓｈｓｆＭｉｉｙｃｔ

溶胶-凝胶法制备(Na0.5 Bi 0.5)TiO3-BaTiO3基无铅压电陶瓷的研究

研究发现，与固相法合成的陶瓷样品相比，ｓｌｇｌ０ｅ法制备 — 的陶瓷样品的压电常数和机械品质因子有所提高，但其它的电学性能与固相法合成的陶瓷相近，如介电常数、介电
损耗等。
再进行热处理，得到陶瓷粉体。在用溶胶一凝胶法合成的陶瓷粉体中加入５ＰＡ％Ｖ造粒后，在一定压力下压成直径１ｍｍ，厚约ｌ５ｍｍ的圆片后在１７ ℃温度下烧结ｌ，得陶瓷样品。陶瓷样品００ｈ经上银电极后在１０２ ℃硅油中施加４Ｖ／ｋｍｍ的直流电场极化１分钟，放置一昼夜后测量其电性能。５
图２是脆性焦状物的Ｔ — Ｔ分析图谱。由ＴＧＤＡＧ曲线可以看出，脆性焦状物的分解可以分为２阶段：个第１阶段大约为２ ℃ ～４０个００ ℃之间，失重为２．０２３％，主要是水分的挥发在ｌ２附近有一明显的吸热峰，在２７１℃ ６ ℃和３７附近０℃ 对应着有两个放热峰；第２阶段在约在４０～６００℃ ０ ℃之间失重为６７％，主要反应可能为脆性焦状物中有机和．９无机盐分解生成的氧化物相互之间发生化合反应，因而在５２附近对应着一个吸热峰。ＢＢ一８℃ ＮＴ６晶相可能在
乙酸钠（ＨＣＯａ乙酸钡（ａＣＯ）为原料，ＣＯＮ）Ｂ（ＨＣＯＨ，）

Ta掺杂对Na0.5Bi0.5TiO3-0.02NaNbO3压电、介电性能的影响

Ａｂｓｒｃｔａｔ
Ｔｈｉｚｅｅｔｉｎｉｌｃｒｃｐｏｅｔｓｏｏｉ５Ｏ３００ＮａＯ３ｂｎｒｙｔｍｉｚｅｅ — ｅｐｅｏｌｃｒｃａｄｄｅｅｔｉｒｐｒｉｆＮａＢ０ｅ５Ｔｉ — ．２Ｎｂｉａｙｓｓｅｐｅｏｌｃ
数ｄｓ３达到最大值１４ＣＮ；对介电常数￡／、电耦合系数ｋ也达到最大值４１０１４而介电损耗ｔ１ｐ／相五￡机。３和．８；
随Ｔａ含量的增加变化不大。
关键词
／０性能介电性能压电常数介电常数机电耦合系数Ｎａ．文献标识码：Ａ
Ｋｅｒｙｗｏｄｓ
ｐｉｇｆｃｏｌａｔｒｎ
ｐｅｏｌｃｒｒｐｒｉｓｉｌｃｒｃｐｏｅｔｓｐｅｏｌｃｒｃｃｎｔｎ，ｄｅｅｔｉｏｓａｔｃｎｉｚｅｅｔｉｐｏｅｔ，ｄｅｅｔｉｒｐｒｉ，ｉｚｅｅｔｉｏｓａｔｉｌｃｒｃｃｎｔｎ，ｏ — ｃｅｅ
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ＬＪａｍｉｇＵｉｎｎ，ＦＡＮａｆｎＧｕｎｅｇ，ＣＡＯｉｎｉＪａｘｎ，ＬＵｉ，ＦＡＮａｙｎＩＪａＧｕｎｉｇ
（ｃｏｌｆＣｈｍｉａＥｎｉｅｒｇ，ｉｈｕＵｎｖｒｉＧｕｙｎ５０３ＳｈｏｅｃｌｇｎｅｉＧｕｚｏｉｅｓｔｏｎｙ，ｉａｇ５００）
ＰＴ基多元系含铅压电陶瓷作为重要的功能材料在电Ｚ子材料领域已被大量广泛应用，以生态循环评估（Ｃ概但ＬＡ）念衡量，ＺＰＴ基压电陶瓷是一种环境负担极沉重的材料。开发新型的无铅压电陶瓷不仅意义重大而且紧迫］其研究，

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Ｑ，同时对机电耦合系数影响不大。锰也是一种变价元素，量的锰掺杂可能大大提高材料的体电阻率，适从而使电导率大幅减小，有利于材料的充分极化，这
２结果与讨论
２１陶瓷的介电性能．图１为１５ ℃烧结样品在５ ℃～５ ℃的介电温０１０３０谱。由图可知，１～样品的居里温度分别为３４５０ ℃，３０，２８，２８，３４，锰掺杂没有引起居里０℃ ９℃ ９℃ ２℃ 峰值温度的明显降低。在锰掺杂量为０１０２０３．％，．％，．％的情况下，随着锰掺杂量的增加，居里峰值温度微弱降低；当锰掺杂量进一步增加为０％时，居里峰迅速．５向高温端移动。随着锰掺杂量的增多，居里温度先下降后上升，这是由于锰以Ｍｎ和Ｍｎ的方式取代钙 ¨ 钛矿晶格中的Ｔ位［］ｉ１，并导致氧空位出现，使钙钛２矿结构的三维氧八面体族产生畸变。ＭｎＯ的键能低 —
ＷＫ２５自动ＬＲ测试仪测出不同温度下样品的电４２型Ｃ
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ＢＴＯ一０Ｂ０）ｉ３体系的研究表引ａｉ３（．ｉ５ＯＫ５．Ｔ，该体系压电常数３、居里温度高，在压电驱动器方面很大
有应用价值。但该体系的矫顽场和电导率仍然较大，
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第３５卷
２６正００
第１１期
ｌ１月
稀有金属材料与工程
ＲＡＲＥＥＴＡＬＡＴＥＲＩＬＳＡＮＤＭＭＡＥＮＧＥＥＲ１ＧＮ
Ｖｏ．，１３５Ｎｏ．１１
Ｎｏｅｖｍｂｅ０６ｒ２０
充分极化需要的场强高达５ｋ／Ｖｍｍ～Ｖｍｍ。针对９ｋ／该体系进行掺杂改性的研究，期望在不降低压电性能和居里温度的同时，有效减小矫顽场和电导率，改善其极化特性。基于这样的考虑，选择锰为掺杂物。锰是一种常用的掺杂元素，研究表 “，掺锰】
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排塑后于ｌ０ ℃～ｌ５ ℃烧结，烧制成圆片状陶瓷ｌ０ｌ０磨片用烧银法制备电极后，在１００ ℃硅油浴中对样品加６０ｋ／进行直流电压极化。极化好的陶瓷片放．Ｖｍｍ置２４ｈ后测量其性能。采用Ｒ６０ＶＳ测试仪测量电Ｔ０Ｈ滞回线，测量频率为４Ｈｚ；用Ｔ２８Ｈ６３型绝缘电阻测试仪测出不同温度下试样的电阻值足厚度ｔ和直径Ｄ，根据公式ｏ４ｎＤ计算样品的电导率盯用＝ｄＲ；
关键词：无铅压电陶瓷；钛酸铋钠：锰掺杂
中图法分类号：Ｔ８Ｍ２２
文献标识码：Ａ
文章编号：１０一８Ｘ２０）１ｌ０ —４０２ｌ５（０６ｌ一７４０
提高压电性能，降低矫顽场和电导率，改善极化特性是（０Ｂ０）ｉ３Ｎ）无铅压电陶瓷走向实用Ｎａ．ｉ５Ｏ（Ｔ基５．ＴＢ化迫切需要解决的关键问题【。针对（ａ５０）ｉ卜Ｎ０Ｂｉ５ＴＯ３
料，研究了材料的介电、压电和铁电性能。发现锰掺杂大幅降低了Ｏ８ｏＢ０）ｉ３．ＢＴＯ — ．（ｏＢ０）ｉ３瓷．（ｉ５Ｏ — １ａｉ３１Ｋ．ｉ５Ｏ陶Ｎａ５Ｔ００５Ｔ的电导率和矫顽场，最佳掺杂量为０１质量分数）该配方的最佳烧结温度为ｌ５ ℃ 。这一温度下烧结所得样品在．％（，１Ｏ
锰掺杂对（ｏＢｏ）Ｉ－ＴＯ３（．ｉ５ＩＮａ．ｉ５Ｏ３５．ＴＢａｉ－ｓｏ）Ｏ３ＫｏＢ．Ｔ陶瓷介电和压电性能的影响
陈建华，屈绍波２高坤华，裴志斌，朱林户，
（．空军工程大学，陕西西安７０３）１１０８
１０３。的电导率仅为１６０Ｑｍ。Ｃ时－ ×１ｃ。为掺杂前的１０矫顽场Ｅ仅为２７Ｖｍｍ，剩余极化强度Ｐ为３３，约／，４．８ｋ／ｒ８￣／ｍ，压电系数３到ｌ３ＣＮ。ｔｃＣ达４／ｐ
（．西安交通大学，陕西西安７０４）２１０９
摘
要：采用传统陶瓷工艺制备了锰掺杂ｏ８ＮｏＢ０）ｉ３．ＢＴＯ —．（ｏＢ０）ｉ（ＮＴＢ－Ｋ）铅压电陶瓷材．ａｉ５Ｏ — １ａｉ３１Ｋｉ５Ｏ３（５Ｔ００５ＴＢ－ＴＢＴ无
容值Ｃ，根据公式ｅＣ／Ａ计算介电常数￡；根据￡ｒｔｏ＝ｅ的峰值位置求得居里温度；用Ｚ一Ａ４（Ｊ３／Ａ改进型）
准静态
可以改善材料的烧结特性，提高材料的机械品质因素