BiScO3-PbTiO3系高温压电陶瓷的制备和性能调控

作     者：钱王洁 

作者单位：南京航空航天大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨颖;王一平

授予年度：2012年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：压电陶瓷 BS-PT 机械品质因数 居里温度 热稳定性 铌镱酸铅 

摘      要：近年来，由于汽车工业、能源工业和航空航天领域对高温压电传感器和驱动器的迫切需求，高温压电材料的研究受到了前所未有的关注和重视。铋基钙钛矿固溶体(1-x)BiScO-xPbTiO(BS-PT)在MPB附近拥有大的压电常数(d33=450pC/N)和高的居里温度(T=450°C)，是高温应用的理想材料。但是BS-PT也存在着机械品质因数低，原料昂贵等不足。针对这些问题，本论文以BS-PT二元压电陶瓷为基础，选取PMS和PYN作为第三组元，系统地研究了新型三元体系0.07Pb(MnSb)O-(0.93-x)BiScO-xPbTiO(PMS-BS-xPT)和(0.92-x)BiScO-xPbTiO-0.08Pb(YbNb)O(BS-xPT-PYN)的相结构、微观组织以及室温和高温条件下的电学性能。 用传统固相反应法制备PMS-BS-xPT (x=0.52.72)三元体系陶瓷，研究PMS和不同BS/PT比例对陶瓷性能的影响。结果表明：该体系中区分三方相和四方相的MPB在x=0.6附近，此成分压电性能最优：ε=993, d=225pC/N, k=0.38。陶瓷的居里温度随PT含量变化显著，PMS的加入使陶瓷具有一定的弛豫行为，同时也显著提高了BS-PT固溶体系的硬性压电性能，机械品质因数在x=0.72处可达1291，而介电损耗有了大幅度下降，当x0.6时介电损耗值皆低于1%。由于PMS诱导产生缺陷偶极子对电畴的钉扎效应，陶瓷的P-E回线呈现“束腰状。 用前驱体法制备BS-xPT-PYN (x=0.54-0.62)陶瓷。研究表明：PYN的加入使MPB小幅移动至x=0.56.58附近，当x=0.58时性能最佳：εr=1260, d33=370pC/N, k=0.46。材料晶体结构的四方度随着PT的增加而显著增加，同时T呈现不断提高的趋势，MPB样品在Tm70°C处介电常数最大值可达到7,000。高温性能测试表明PYN的加入使材料具有更好的高温稳定性，可能由于外部压电响应的增强，MPB组分样品的kp、Q和P都随温度升高而提高并在200°C时获得最大值，材料的这一温度-性能行为与传统PZT电学性能的温度依赖性截然不同。高温、高电场下的电阻率测试表明陶瓷在200°C和45kV/cm的条件下仍然保持高电阻率行为。因此PYN改性的BSPT陶瓷是一种高温应用的理想候选材料。