Bi(Mg1-2 Ti1-2)O3-PbTiO3压电陶瓷体系介电与居里温度特性研究-
文章编号:１００１-９７３１(２０１５)１３-１３０５７-０５
Bi(M g１/２Ti１/２)O３-PbTiO３压电陶瓷体系介电与居里温度特性研究?
张强１,李振荣２
(１．西安建筑科技大学功能材料研究所,西安７１００５５;２．西安交通大学国际电介质中心,西安７１００４９)
摘要:采用传统固相法工艺制备了(１－x)Bi (M g１/２Ti１/２)O３-x PbTiO３(BMT-x PT,０．３４?x?０．４４)陶瓷三研究发现,随着PT含量增加,试样结构由三方相逐渐转变为四方相结构,当０．３６＜x＜０．４０时,试样结构处于准同型相界(MPB)区三研究表明BMT 组元是一种具有非铁电体特征的组分,随着PT含量减少,BMT-PT体系的居里温度减小,介电峰变得越来越不明显三通过研究BMT-PT体系组分与居里温度(T C)的关系可以看出:(１)PT含量为０．３４~０．４４时,T C随BMT含量变化实验值和Strin g er的经验值差异较小,变化趋势一致;(２)BMT-PT体系居里温度最大值可能在x＝０．７３的附近,其居里温度最大值T C max约为５５０?三
关键词:压电陶瓷;居里温度;介电性能;准同型相界中图分类号: TM２８２文献标识码:A DOI:１０．３９６９/j．issn．１００１-９７３１．２０１５．１３．０１２
１引言
BiScO３-PbTiO３(BS-PT)陶瓷优异的压电性能(d３３约为４６０p C/N)及高居里温度(约为４５０?)特性使其具有很好的研究和应用价值[１-３],但价格昂贵的原料Sc２O３成为限制BS-PT陶瓷应用的问题之一三在高居里温度的其它体系中,BiYbO３-PbTiO３(BY-PT)和BiInO３-PbTiO３(BI-PT)两类铋基压电陶瓷都有较高的居里温度,分别约为６００和５５０?[１,４],但这两类体系自身的钙钛矿结构不稳定,合成困难,难以极化,压电性能较差,故应用价值不高,已很少有研究报道三另一类,如(１－x)BiFeO３-x PbTiO３[５-７](BF-PT)体系中,当x＝０．３时,居里温度较高(T C＞６００?)三但随着研究的深入,发现BF-PT压电体系也有明显缺点: (１)BF-PT陶瓷电导率过高和介电损耗过大,特别在高温下导电性会急剧增大,导致异常高的介电损耗; (２)BF-PT陶瓷的矫顽场(E c)过高,难以极化,导致压电性能很低,有文献报道BF-０．３０PT陶瓷的d３３值最大约为９p C/N[５],作为压电元器件的开发也不具备很好的研究价值三
与BS-PT和BF-PT类铋基钙钛矿压电陶瓷相比,Bi(M g１/２Ti１/２)O３-PbTiO３(BMT-PT)陶瓷体系在准同型相界(MPB)组分附近也具有较高的居里温度(T C约为４３０?)和优异的压电性能(d３３约为２１５p C/N)[８-１１],故得到众多研究者的关注三更重要的是,BMT-PT陶瓷相对来说是一种低成本材料,在准同型相界附近组分的铅含量也较低三所以,BMT-PT压电陶瓷在高温方面有很好的研究价值和应用潜质三
目前,关于BMT-PT陶瓷体系的研究重点还是集中在压电特性方面三除此之外,相关研究者还发现, BMT-PT试样介电温谱存在两个明显介电峰,一个大约在４００?,一个约在６２０?附近三Randall等[８]首先报道了此现象,并认为４００?附近的介电峰对应于BMT-PT体系 铁电-顺电 转变三Moure等[１０]对BMT-x PT(０．３８?x?０．４２)体系介电异常峰现象也进行了报道三已有研究表明,BMT-PT体系的高温介电特性较为复杂,有必要对其异常介电现象产生的机理进行深入的研究,而目前相关研究报道较少三所以,本文结合BMT-PT体系已有的研究进展,首先对BMT-PT陶瓷的制备二相结构二电学性能等进行了研究,重点对BMT-PT陶瓷的高温介电特性及高居里温度特性进行了较为深入的研究和讨论三
２实验
２．１试样制备
实验选用分析纯度的氧化物PbO(?９９％),Bi２O３(?９９％),TiO２(?９９％)二４M g CO３四M g(OH)２四４H２O (?９９％)为原料三按照化学计量比将原料进行混合,倒入装有氧化锆球的尼龙罐,加入１?３质量的乙醇,球磨５h三将球磨后的粉料在１２０?下快速烘干后在８５０?下煅烧２h,后将煅烧粉料二次球磨５h三得到的细粉料烘干加入５％的PVA水溶液进行造粒,过８０和１００目筛网,使颗粒尺寸大小介于０．１２~０．１８mm 之间三在空气中风干２４h后,在约２００MPa压强下,将粉压成直径为１０mm厚约１mm的圆片样品,并在５００?下保温２h排粘三将排粘圆片放在氧化铝坩埚中,以造粒粉作为气氛垫料,在１０００~１２００?二保温烧结２h,自然冷却至室温三最后,把烧结成瓷的圆片
７５０３１
张强等:Bi(M g１/２Ti１/２)O３-PbTiO３压电陶瓷体系介电与居里温度特性研究
?基金项目:陕西省教育厅自然科学基金资助项目(２０１３JK０９２４);陕西省科技厅青年人才资助项目(２０１５JQ５１６８);西安建筑科技大学人才基金资助项目(RC１４３４)
收到初稿日期:２０１５-０３-０３收到修改稿日期:２０１５-０５-２５通讯作者:张强,E-mail:harr y．z q＠１６３．com 作者简介:张强(１９８１－),男,陕西神木人,讲师,博士,主要从事压电材料研究三