BaTiO3基无铅陶瓷大电致伸缩系数

作者：陈小明^*; 李国荣

来源：Acta Physica Sinica, 2022, 71(16): 377-385.

• 无铅陶瓷
• (Ba,Ca)(Ti,Zr)O3
• 表面效应
• 电致伸缩系数

微位移驱动器在航天、半导体和工业等领域有着重要应用,现在市场上大部分采用的是铅基压电陶瓷材料.出于环境保护和法规限制的考虑,亟需研发具有优良电致伸缩性能的无铅陶瓷材料.作为一类ABO3型铁电体,(Ba,Ca)(Ti,Zr)O3 (BCTZ)无铅陶瓷由于具备高压电系数而引发大量关注.本文借助固相法,制备了高电致伸缩系数的(Ba0.85Ca0.15)(Ti0.9Zr0.1)O3陶瓷(BCTZ).研究了烧结温度对BCTZ陶瓷结构和电学性能的影响.研究结果表明:在室温附近, BCTZ陶瓷晶相结构形成正交(O)-四方(T)两相共存.烧结温度促进了BCTZ陶瓷致密性改善和晶粒长大.当烧结温度为1300℃时, BCTZ陶瓷晶粒尺寸在1μm左右,可获得大电致伸缩系数Q33 (5.84×10–2 m4/C2),大约是传统PZT陶瓷的2倍.这可能是陶瓷晶粒尺寸所产生的表面效应和A—O化学键所具有的强离子性共同作用的结果.此外,室温附近BCTZ陶瓷虽处于正交-四方两相相界,但陶瓷电致伸缩系数Q33在测量温度为25—100℃范围间具有良好的温度稳定性.

• 单位
  中国科学院上海硅酸盐研究所; 贵州理工学院