PBLZST反铁电陶瓷制备工艺研究

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锆锡钛酸铅钡镧(PBLZST)反铁电陶瓷具有优良的场诱相变和压电、铁电、热释电性能,因此被广泛应用于高密度储能电容器、大位移致动器和爆电换能器中。在PBLZST反铁电陶瓷的实际应用中,为了便于机械加工,要求PBLZST反铁电陶瓷具有较高的致密度;同时为了满足器件的性能要求,又需要材料具有良好的电性能。基于这一思想,论文主要研究了PBLZST反铁电陶瓷的制备工艺,研究了普通烧结和热压烧结以及热压烧结条件下添加0.5PbO-0.5B2O3玻璃作为助烧剂对PBLZST陶瓷的微结构和电性能的影响。由于PBLZST反铁电陶瓷成瓷温度在1200℃以上,而氧化铅(PbO)的挥发温度为900℃左右,为了解决烧结过程中铅挥发引起的致密度和电性能下降的问题,本文首先研究了普通烧结条件下不同PbO过量对PBLZST反铁电陶瓷微观结构和电性能的影响。实验结果表明:当PbO过量为7mol%时,PBLZST反铁电陶瓷样品气孔率明显降低,体密度和相对介电常数分别达到7.55g/cm3和7704,此时,饱和极化强度达到28.5μC/cm2。虽然样品气孔率降低,但从SEM图可以看到样品仍然不致密,而且晶粒大小不均匀,平均粒径较大,不利于机械加工。为了进一步提高陶瓷的致密度和综合性能,采用了热压烧结的方法,并研究了热压烧结条件下不同的PbO过量对PBLZST反铁电陶瓷微结构和电性能的影响。结果表明:当PbO过量为7mol%时,样品体密度达到7.94g/cm3,但此时样品的电性能有所降低,饱和极化强度为24.5μC/cm2,最大相对介电常数为6479;在PbO过量相同情况下,热压烧结样品具有更低气孔率,更高致密度,且样品粒径均匀,便于机械加工。由于热压烧结情况下,PBLZST反铁电陶瓷样品的电性能有所降低,为了进一步提高样品的电性能和致密度,往PBLZST反铁电陶瓷样品中添加少量0.5PbO-0.5B2O3玻璃作为助烧剂。结果表明:在掺入玻璃量为0.1wt.%时,样品致密度达到最大,为8.17g/cm3,最大相对介电常数为6044,在掺入玻璃量为0.3wt.%时,样品的饱和极化强度达到42.4μC/cm2。虽然样品致密度和电性能均有所提高,但添加的玻璃使得样品晶粒长大,因此其微结构还有待改进。
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