铌酸钾和铌酸钡镍复合氧化物材料的制备研究(3)
BaTiO3基压电陶瓷
作为最先开始投入生产和使用的压电陶瓷，BaTiO3(简称为BT)基压电陶瓷具有很高的介电常数、较大的机电耦合系数和压电常数、中等的机械品质因数和较小的损耗，并且在一段时间内以其较强的压电性和易于制造等优点在压电陶瓷中占主导地位。[7,8]
虽然BaTiO3陶瓷的研究手段和生产技术比较完善,但存在有几方面的不足:①BaTiO3 陶瓷的压电铁电性能较为一般,很难利用掺杂的手段改善性能,无法满足与日俱增的需求;②该陶瓷的居里温度比较低，在室温条件下就会发生相变,稳定性较差,对温度条件较为苛刻，造成使用不便的影响③BaTiO3陶瓷一般需要高温烧结 (烧结温度约为1300℃),且烧结存在一定难度,在很大程度上限制了其应用。[8]所以BaTiO3 陶瓷难以取代铅基陶瓷。但是其低污染性的优点，近年来关于BaTiO3基陶瓷的压电性研究又重新提上了日程。
BaTiO3基无铅压电陶瓷体系主要有:
( 1 )( 1_x ) BaTiO3 _xABO3 (A=Ba、Ca等;B=Zr、Sn、Hf、Ce等 ;
( 2 )( 1_x ) BaTiO3 _xABO3 (A=K、Na;B=Nb、Ta ) ;
( 3 )( 1_x ) BaTiO3 _xA0.5NbO3 ( A=Ca、Sr、Ba 等 ) 。
(Bi1/2Na1/2 )TiO3 基压电陶瓷
Bi1/2Na1/2TiO3(简称为BNT)是一种ABO3型钙钛矿结构的A位离子复合取代铁电体。
其居里点为320℃,在室温下剩余极化大(Pr=38μC/cm2),矫顽场高(Ec = 73 kV /c m) , 压电系数大(kt ,k33约为50% ),介电常数小(εr为240～340) ,热释电性能与BT和 PZT相当,声学性能好(NP=3200 H z•m),机电耦合系数各向异性较大(kt约50%,kp约13% )。[9,10]Bi1/2Na1/2 TiO3是一种新被研究的A位取代无铅压电陶瓷,其相变行为复杂。在铁电相区的电导率较高,极化非常困难;而且烧结温度范围窄,化学稳定性差。
日本学者Takenaka等人长期致力于BNT陶瓷的改性研究,通过在三方相的BNT中引入四方相的BaTiO3,对A位进行取代,可形成(1_x) BN T_xBT固溶体系,成功地解决了BNT陶瓷难以极化的问题。[12,14]钡离子半径比钠离子以及铋离子的离子半径都大,置换后的(Bi1/2Na1/2)2+由于半径不同,会发生晶格畸变，有利于极化处理时晶格自发极化的转向。此外，研究表明,掺入少量的Nd,Y,La,Ce,Sm等稀土氧化物会促进NBT晶粒的生长。在一定范围内随稀土氧化物量的增加,晶粒尺寸也更大,并且加入Sm能降低NBT的击穿强度,加入Nd,La,Ce能使NBT的铁电性能得到改善,但是,与含铅的PZT基陶瓷相比,还有具有一定差距