近年来,随着社会的不断发展和工业的不断进步,人们对环境问题越来越重视,在压电材料领域更是如此。所以,用对环境不会造成污染的无铅压电材料取代铅基压电材料成了研究人员最棘手的任务之一。所以本文就以BCZT无铅压电陶瓷为基础,通过不同的方式以得到性能优异的无铅压电陶瓷。
由于BCZT的居里温度较低,在90℃左右,所以首先通过调整锆钛的比例来提高居里温度,本文首先通过实验确定了两个不同的锆钛比,即为7/93、5/95,之后改变不同的钙含量来得到最优的压电性能。
接着,在锆钛比5/95以及最好的钙含量基础上,研究了掺杂不同含量的Y2O3即Y2O3的含量从0%-0.06wt%对BCZT压电陶瓷的结构和性能的影响:少量的Y2O3进入晶格得到单一的钙钛矿结构并且在掺杂含量为0.048wt%时,压电性能最优,此时压电常数:d33=420pC/N,室温介电常数εT33=3431,介电损耗tanδ=1.4%,居里温度Tc=114℃。因此适当添加Y2O3能够提高陶瓷的电学性能。
以上是在锆钛比在5/95的基础上研究,目的是在提高居里温度的基础上,使得压电系数保持在较高的水平;接下来研究了在最优的压电系数配方:Zr0.1Ti0.9Ba0.85Ca0.15的基础上通过掺杂和改变极化工艺来提高电学性能。
以Zr0.1Ti0.9 Ba0.85Ca0.15为基础,通过掺杂,研究了不同含量的Sm2O3对电学性能的影响。Sm2O3的含量从0%到0.4mol%,得到在Sm2O3为0.2 mol%时性能最好:此时压电常数:d33=554pC/N,室温介电常数εT33=4958,介电损耗tanδ=1.8%,居里温度Tc=88℃,需要指出,少量的Sm2O3对BCZT陶瓷的显微结构影响很大而且提高了压电性能。
最后以Zr0.1Ti0.9Ba0.85Ca0.15为基础,在不同温度下和不同电场下极化来研究极化对陶瓷晶体性能的影响。温度从室温一直到600℃的高温,场强从660 V/mm到3000 V/mm,系统的研究了极化工艺对BCZT陶瓷的作用。