铋层状压电陶瓷的性能

铋层状结构化合物中许多具有铁电性,如Bi4Ti3O12、Sr2Bi4Ti4O15、(Na0.5Bi0.5)Bi4Ti4O15、Bi3TiNbO9、Bi2WO6等,这类铁电压电陶瓷具有下列特点：

1.

介电常数(ε)低(127～154),自发极化强,居里温度高(T C>500℃)，机械品质因数Q m高(2000～7200),矫顽场高。因此,可用于制作高温高频和超声技术领域器件的压电材料；介电损耗低,厚度振动的机电耦合系数k t较小,故可用于高频窄带滤波器；压电性能稳定、谐振频率的时间和温度稳定性好,这一特点适合用于制作高温能量转换领域的器件。这一大体系是一类适合在高温场合下器件应用的压电陶瓷材料,是最具有开发应用前景的无铅压电陶瓷体系之一。

2.

这类陶瓷具有居里温度(T C)高(>500℃)，机电耦合系数各向异性明显,机械品质因数(Q m)高(2000～7200),老化特性好,电阻率高,介电击穿强度大等特征,适合于制作高温、高频工作条件下的压电元器件。

3.

介电常数低、自发极化强(如Bi4Ti3O12的自发极化强度约为50μC/cm2)、居里温度高、压电性能和介电性能各向异性大、电阻率高、老化率低、谐振频率的时间和温度稳定性好、机械品质因数较高和易烧结等。因此,铋层状结构压电陶瓷在滤波器、能量转换及高温、高频领域有广泛的应用前景。但铋层状结构压电陶瓷明显的缺点是压电活性低,矫顽场高

4.

低的介电常数、高居里温度、机电耦合系数各向异性明显、低老化率、高电阻率、大的介电击穿强度、低烧结温度，然而这类陶瓷有两个缺点：一是压电活性低, 这是陶瓷应用的致命弱点，也是研究的难点和热点，这是由于晶体结构特性决定其自发极化转向受二维限制所致；二是Ec 不高，不利于极化，应用在陶瓷显示器中铁电发射性能就差，这通常可通过高温极化来提高Ec。

5.

由于秘层状结构材料具有很多优越的性能,例如低介电常数、高居里温度、机电藕合系数各向异性明显、低老化率、高电阻率、高的介电击穿强度、低烧结温度等引起了人们广泛的关注。且作为铁电材料, 秘层状材料疲劳特性好,漏电流小,因而特别适合于高温、高频场合使用。也很适合用于非挥发随机储存器的记忆材料。

6.

钛酸铋钙(CaBi4 Ti4O15，CBT)是1种铋层状钙钛矿铁电材料，由于其低介电常数(ε)、高Curie 温度、低老化率、高电阻率、低烧结温度而引起国内外研究者的兴趣。

9.

BLSFs的介电常数低，介电损耗低，Curie 温度高，机械品质因数(Q m)高，谐振频率的时间和温度稳定性好，抗疲劳性能优异和经受住1012次重复擦写操作的能力。

10.

CaBi4 Ti4O15 ( m = 4) 是一种典型的铋层状结构压电材料，其Ca2 + 半径很小,居里温度高达790 ℃.但是其结构的限制,自发极化转向受到二维限制,压电活性较低。

11.

SrBi2 Ta2O9材料的剩余极化强度较低,烧结温度较高。

12.

用于制造FRAM的铁电材料，要求具有良好的抗疲劳性能和优良的铁电性能，包括要具有大的剩余极化(2Pr)、低的矫顽场(Ec)，同时，要有不高于现有半导体工艺相匹配的制备温度(小于650℃)

SrBi4Ti4O15(简称SBTi)系(n=4、n=5或n=7)陶瓷是铋层状钙钛矿结构铁电陶瓷材料。研究发现：其剩余极化较大(单晶极化强度方向沿a或b轴时，2Pr=58μC/cm2)，热稳定性能也比较好(居里温度为520℃)，另外，SBTi系陶瓷又是非铅系列材料，是一种比较有前途的铁电陶瓷材料。13.

钙钛矿型Pb(Zr,Ti)O3(PZT)材料由于具有较大的剩余极化(P r)、较低的娇顽场(E c)和高的居里温度而得到广泛关注,但PZT存在严重的疲劳问题。同时由于PZT中含有大量的氧化铅,它们在制

备和使用过程中,会给人类和环境带来很大的危害。

13-2.

SrBi4Ti4O15的结构会随温度变化,低于居里温度T c(550℃)为斜方铁电相,空间群为A21am，高于居里温度T c为四方顺电相,空间群为I4/mmm，也有报道SrBi4Ti4O15在550～650℃会发生二次相变,向顺电斜方相转变(空间群为Amam)。

15.

铋层状压电陶瓷具有以下特点：低介电常数、高T c、机电耦合系数各向异性明显、低老化率、高电阻率、大的介电击穿强度、低烧结温度，因此铋层状材料特别适合于高温、高频场合使用。另外作为铁电材料铋层状材料疲劳特性好，漏电流小。铋层状结构材料的居里温度较高。钛酸铋是许多铋层状结构压电材料的原形，也是铋层状结构压电材料最简单的一种。它的居里温度较高675℃

16．

本文计算选择SrBi4Ti4o15铁电相结构，空间群为A21am(C4v)，晶胞参数为a=5.4507Å，b=5，4376 Å，e=40.9541 Å。由于SrBi4Ti4o15铁电相和顺电相结构差别主要是由于类钙钦矿层中Ti06八面体的倾斜引起的。

从不同掺杂体系的总态密度图.37可以看出，掺入Nb后禁带宽度略有变宽，和选择掺杂体系时希望降低电导率相符合。

若晶体内宏观条件参数变化时能使某个模的恢复力系数减小乃至趋向于零，则这个振动模就是软模。

srBi4Ti4ols的结构会随温度变化，低于居里温度Tc(550℃)为斜方铁电相，空间群为A21am，高于居里温度Tc为四方顺电相，空间群为I4/mmm，也有报道SrBi4Ti4015在550一650℃会发生二次相变，向顺电斜方相转变(空间群为为Amam)。