● 摘要
压电陶瓷材料在功能材料领域占有非常重要的地位。鉴于目前主要应用的PZT基含铅压电陶瓷材料存在环境污染问题，发展无铅压电陶瓷材料成为一项非常重要的课题。近年来，Na0.5Bi0.5TiO3 (BNT)基无铅压电陶瓷材料倍受关注。本文主要采用固相烧结法制备了BNT基陶瓷，详细研究了组分掺杂及制备工艺对微观结构、晶体结构、介电性能、压电性能及铁电性能的影响规律。
(1) 采用传统固相法在1170 °C保温3 h制备了组分为(0.92Na0.5Bi0.5TiO3 -0.06BaTiO3-0.02K0.5Na0.5NbO3)-xwt%ZrO2 (BNBKT-xZr，x=0，0.01，0.02，0.04) 三元体系陶瓷，研究了Zr4+掺杂对陶瓷试样的结构和电学性能的影响规律。XRD结果表明BNBKT-xZr陶瓷均形成了纯钙钛矿结构，Zr4+进入到BNBKT晶格形成了固溶体；陶瓷试样中均存在准同型相界(MPB)，x=0，0.01，0.02，0.04陶瓷试样中四方相的相对含量分别为28.0%、35.1%、25.8%、33.1%。SEM结果表明随着Zr4+含量的增加，晶粒尺寸有所减小，晶粒形貌略有改变。陶瓷的最大介电常数随着Zr4+的添加明显减小；居里温度没有明显变化；居里温度附近的介电峰呈现弥散现象，居里外斯修正拟合结果表明Zr4+的添加使介电弥散现象更明显。陶瓷的铁电性能随着Zr4+的添加而减弱。对Zr4+添加引起的介电、铁电性能的改变进行了讨论。
(2) 采用传统固相法制备(1-x)(0.93Na0.5Bi0.5TiO3-0.07BaTiO3)-xBiAlO3 (x=0, 0.01, 0.02, 0.06)陶瓷。XRD结果表明所有陶瓷均形成纯钙钛矿结构，并存在MPB准同型相界，四方相的相对含量分别为56%、32%、37%和37%。SEM结果表明陶瓷的平均晶粒尺寸相近，约为0.8 mm，添加BiAlO3对晶粒尺寸影响不明显。极化试样的介电温谱特征峰与BiAlO3含量相关：未添加BiAlO3的试样，介电温谱出现Td(退极化温度)峰和Tm(居里温度)峰；x=0.01试样介电温谱出现Td峰、TRE(介电常数的频率弥散性消失温度)峰和Tm峰；x=0.02与x=0.06试样介电温谱仅出现TRE峰和Tm峰。与x=0的样品比较，最大介电常数εm减小，Tm和g值增加。添加BiAlO3引起陶瓷试样铁电性能改变，x=0.01试样具有较好的铁电性，Pm=32.5 mC/cm2，Pr=24.1 mC/cm2，Ec=20.0 kV/cm。对BiAlO3添加引起的介电、铁电、压电性能的改变进行了讨论。
(3) 研究了常规烧结中烧结温度点、升温速率对0.93Na0.5Bi0.5TiO3-0.07BaTiO3 (BN7BT)陶瓷显微结构的影响，并初步尝试了用热压烧结法制备BN7BT陶瓷。常规烧结中，随着烧结温度的升高，陶瓷的致密度增大，较理想的烧结温度介于1170 ~ 1190°C之间。分别选择烧结速率为1 °C/min、3 °C/min、6 °C/min，研究了烧结速率对显微结构的影响。结果表明烧结速率较小时，陶瓷晶粒较小且分布均匀，但存在较多孔洞；烧结速率较大时，陶瓷较为致密，但陶瓷颗粒大小不均匀。初步探讨了热压烧结制备BNT基陶瓷，首先解决了在热压烧结过程中石墨模具对陶瓷试样的污染问题，采用耐高温的氮化硼涂层，较好地解决了渗碳对陶瓷试样的污染；在目前的研究阶段，采用0.5 t压力、1000 ?C保温30 min和60 min并未能获得理想的BN7BT陶瓷试样，该部分工作有待进一步深入研究。