鈦酸鋇-鋯酸鋇-鈦酸鈣三元鐵電陶瓷的準同型相變及電性能.pdf

1、贗二元BaZr0.2Ti0.8O3-xBa0.7Ca0.3TiO3(xBC0.3T)壓電陶瓷是2009年發(fā)現(xiàn)的一種壓電系數(shù)可以和含鉛壓電材料相媲美的新型無鉛壓電材料。研究其巨壓電效應(yīng)的起源設(shè)計無鉛壓電材料的有著指導(dǎo)意義。另一方面該體系可以看作由鈦酸鋇-鋯酸鋇-鈦酸鈣(BT-BZ-CT)構(gòu)成的三元體系的一部分。同時，該三元體系準同型相界(MPB)區(qū)附近相變行為及大壓電系數(shù)機制尚不完全清楚。為此本文在已有的xBC0.3T體系的研究基礎(chǔ)上，研

2、究BT-BZ-CT三元鐵電陶瓷體系在MPB附近的相變行為及其于鐵電、介電和壓電性能的關(guān)系，重點研究其 MPB附近的大壓電系數(shù)的起源。
　　通過研究 xBC0.3T體系的介溫曲線得到了其相變的特征溫度，發(fā)現(xiàn)了該體系的三方和四方兩個相區(qū)的邊界處存在著過渡相區(qū)。結(jié)合 XRD結(jié)果確定這一相區(qū)為混合相區(qū)，最終得到了修正的xBC0.3T體系的相圖。
　　在研究過程中還發(fā)現(xiàn)在xBC0.3T體系的MPB附近，成分相同的塊體陶瓷樣品和粉體樣品

3、因為應(yīng)力狀態(tài)不同，其相組成不同。表明該體系陶瓷中成分位于MPB附近的樣品其相組成對應(yīng)力十分敏感。這一研究結(jié)果表明研究該體系陶瓷的本征相變和巨壓電效應(yīng)的關(guān)系需要使用無應(yīng)力的粉體樣品。
　　在xBC0.3T體系新相圖的基礎(chǔ)上，研究了其他成分的BT-BZ-CT三元體系陶瓷樣品的相組成和相變過程，給出了BT-BZ-CT三元體系的相圖。根據(jù)該相圖可以發(fā)現(xiàn)，在其它贗二元體系中存在和xBC0.3T體系相類似的MPB。
　　利用聚酰亞胺（P

4、I）材料作為基體，將無應(yīng)力的xBC0.3T陶瓷粉體混入 PI基體中成功制備了xBC0.3T/PI復(fù)合薄膜。利用該復(fù)合薄膜進行應(yīng)力加載，研究了xBC0.3T粉體樣品在外應(yīng)力作用下的本征相變行為，闡明了其本征相變和巨壓電效應(yīng)的關(guān)系。結(jié)果表明xBC0.3T體系MPB附近成分巨壓電效應(yīng)的起源于R→T相變和T相疇翻轉(zhuǎn)的共同作用。
　　利用葡萄糖為造孔劑制備了不同孔隙率的多孔0.5BC0.3T陶瓷，利用XRD研究了孔隙對多孔0.5BC0.3T

5、陶瓷殘余應(yīng)力的松弛作用，闡明了應(yīng)力松弛對材料的物相結(jié)構(gòu)造成的影響。利用修正的居里-外斯定律研究了樣品的彌散度系數(shù)。討論了樣品中的應(yīng)力松弛對彌散度系數(shù)的影響。發(fā)現(xiàn)在該體系中存在著應(yīng)力誘發(fā)的彌散性相變。同時發(fā)現(xiàn)，可以通過改變樣品中的應(yīng)力狀態(tài)來實現(xiàn)設(shè)計樣品彌散程度的目的。
　　研究了BT-BZ-CT三元體系的鐵電和壓電性能，發(fā)現(xiàn)該體系具有優(yōu)異的鐵電和壓電性能。其中 MPB附近的樣品中存在巨壓電效應(yīng)。利用朗道-德文希爾理論對 MPB附近樣

6、品的相變勢壘高度進行了計算，利用統(tǒng)計規(guī)律研究了該體系材料的相變勢壘高度對巨壓電效應(yīng)的影響。研究結(jié)果表明BT-BZ-CT三元體系MPB附近成分的巨壓電效應(yīng)的起源和xBC0.3T體系相同，均為R→T相變和T相疇翻轉(zhuǎn)的共同作用。同時發(fā)現(xiàn)了R→T相變和T相疇翻轉(zhuǎn)對巨壓電效應(yīng)的影響規(guī)律，即在勢壘高度較低，R→T相變和T相疇翻轉(zhuǎn)均很容易發(fā)生時決定材料壓電性能的是相變和疇翻轉(zhuǎn)所造成的極化強度的改變量。而在勢壘高度較高時，起決定作用的是勢壘高度，也即相