BiFeO3-BaTiO3基高温无铅压电陶瓷制备及掺

BiFeO3-BaTiO3基高温无铅压电陶瓷制备及掺
近年来，压电陶瓷作为一种重要的功能材料，广泛应用于声波
滤波器、振荡器、传感器、声学驱动器、换能器等领域。

然而，传
统的压电陶瓷材料通常含有含铅化合物，这种有害元素的使用限制
了它们在环保和能源领域的应用。

因此，发展高性能的无铅压电陶
瓷是目前的研究重点。

BiFeO3-BaTiO3固溶体是一种潜在的无铅高温压电陶瓷材料。

BiFeO3具有较高的压电性能和磁电耦合效应，BaTiO3具有较高的
压电系数和介电常数，二者的复合可以使材料在压电性能和介电性
能方面达到理想的平衡。

因此，研究BiFeO3-BaTiO3固溶体的制备
和性能是当前无铅压电陶瓷研究的热点之一。

本文以BiFeO3-BaTiO3固溶体为研究对象，探究了其制备方法
和掺杂对其性能的影响。

一、制备方法
本研究采用固相反应法制备BiFeO3-BaTiO3固溶体陶瓷。

具体
步骤如下：
1.按照所需成分比例混合Bi2O3、Fe2O3、BaCO3、TiO2粉末，并进行混合研磨。

2.将混合后的粉末进行高温烧结。

采用两步烧结方法，首先进
行预烧，将烧结温度升至800℃持温2h，然后再将温度升至1200℃持温4h。

最后用水冷却至室温，取出烧结坯并进行打磨。

3.将打磨后的陶瓷坯料进行烧结。

温度升至1250℃持温4h，最后用水冷却至室温，得到BiFeO3-BaTiO3固溶体陶瓷。

二、掺杂对性能的影响
为了改善BiFeO3-BaTiO3固溶体的性能，采用掺杂方法对其进行改良。

本研究掺杂了Nb2O5、MnO2、ZrO2、La2O3四种元素，并考察了其对材料压电性能和烧结性能的影响。

实验结果表明，掺杂元素的种类和含量对BiFeO3-BaTiO3固溶体的性能有较大影响。

掺杂Nb2O5和MnO2可以有效提高材料的压电系数和烧结密度，其掺杂量为1%时，材料的压电系数约为205 pC/N，烧结密度约为97%。

而掺杂ZrO2和La2O3对材料压电性能的影响不明显，但可以有效提高烧结密度，掺杂量为1%时，材料的烧结密度约为98%。

三、结论
本研究成功制备出BiFeO3-BaTiO3固溶体陶瓷，掺杂元素的种类和含量对其性能有较大影响。

掺杂Nb2O5和MnO2可以有效提高材料的压电系数和烧结密度，而掺杂ZrO2和La2O3则主要对烧结性能有影响。

未来可以进一步探究掺杂机理，并通过优化掺杂条件和制备工艺来提高材料性能，提升其在无铅压电陶瓷领域的应用价值。