Nb＋掺杂改性CaBiTiO压电陶瓷的研究.doc

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》 JOURNAL0FCERAMICS Vo1.32.No.2 Jim.2011 文章编号:1000—2278(2011)02—0224-04 Nb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CBT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(lt;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.com 1实验 采用固相普通烧结工艺制备了CaBi4Ti40l5+xmol NbzO5(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)(JSM-6799F,Japangt;观察陶瓷的 表面形貌,使用精密阻抗分析仪(HP4294A,Agilent Technologies,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 ∞ j o 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),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