题目：BNKLT基无铅压电陶瓷的制备及电性能研究

随着世界各国对环境保护的日益重视，无铅压电陶瓷材料及其应用已经成为研究热点。与传统的铅基压电陶瓷相比，无铅压电陶瓷的性能还存在很大不足。因此，在兼顾性能的基础上实现压电陶瓷的无铅化是一项具有现实意义的课题。Bi0.5Na0.5TiO3(简称BNT)由于其具有铁电性强、居里温度高、压电性能良好及烧结温度低等特点，受到了广泛关注，被认为是最有可能取代铅基压电陶瓷的无铅压电陶瓷体系之一。
本文采用传统固相法制备了BNT基无铅压电陶瓷，并且从配方设计、烧结工艺及掺杂改性三方面进行了研究。主要内容如下：
 首先，分别研究了Bi0.5K0.5TiO3(简称BKT)、Bi0.5Li0.5TiO3(简称BLT)组分变化以及烧结工艺对Bi0.5Na0.5TiO3-Bi0.5K0.5TiO3-Bi0.5Li0.5TiO3三元体系的相结构、显微组织以及电性能的影响。实验结果表明：在所有组分变化范围内，三元体系均属于三方钙钛矿相结构。在BKT含量为0.22 mol、BLT含量为0.10 mol处，烧结温度为1130 oC时获得了相对致密均匀的陶瓷样品，其配方为BNKLT-0.22/0.10，此时材料的r、tan δ、Pr、Ec、d33及Kp分别达到1118、0.0416、31.92 μC/cm2、32.40 kV/cm、203 pC/N及0.31。
其次，我们选用La2O3、CeO2作为掺杂剂，以期降低陶瓷介电损耗，进一步提高陶瓷的电性能。实验结果表明：La2O3的含量在0.0-0.6 wt.%范围内，所有样品均为纯的三方钙钛矿相结构。随着La2O3含量的增加，陶瓷晶粒的平均尺寸减小，并且在x=0.1 wt.%处陶瓷形貌均匀致密，密度最大。在La2O3的掺杂范围内，所有陶瓷样品均呈现出两个宽化的介电峰，其中Td峰随着La2O3含量的增加向低温区移动。随着La2O3含量的增加，室温下测得陶瓷的εr、tan δ、d33和Kp呈现出先增大后减小的趋势。当x=0.1 wt.%，烧结温度为1120 oC时陶瓷的综合最优电性能为εr=1254，tan δ=0.0483，d33=192 pC/N，Kp=0.27。
由于La2O3掺杂对介电损耗的减小并没有起到改善作用，因此我们继续选用CeO2为掺杂剂。CeO2的掺杂量在0.0-0.6 wt%范围内，所有陶瓷样品均为纯的三方钙钛矿相结构。SEM照片表明，随着CeO2含量的增加，陶瓷晶粒的平均尺寸减小，并且在x=0.1 wt.%时陶瓷形貌最为均匀，密度最大。Td峰随着CeO2含量的增加向低温区移动并逐渐变平直至消失。随着CeO2的含量增加，室温1 kHz下测得陶瓷εr和tan δ均呈现出先增大后减小的趋势。当CeO2含量为0.1 wt.%时，陶瓷的介电性能得到改善，分别达到εr=1474，tan δ=0.0409。
虽然稀土元素掺杂降低了体系的介电损耗，但是效果并不明显，且考虑到稀土元素价格昂贵，所以最后我们选用MnCO3为掺杂剂，通过研究它的含量变化对体系相结构、微观组织和电性能的影响，以期进一步改善陶瓷的介电性能。XRD图谱表明，MnCO3的掺杂量在0.0-0.7 wt.%范围内均为纯的钙钛矿相结构。SEM照片表明随着MnCO3含量的增加，陶瓷晶粒的平均尺寸呈现出减小趋势，结合密度数据发现，在x=0.2 wt.%时，陶瓷形貌最为均一，密度最大。在MnCO3掺杂范围内，所有样品均属于驰豫型铁电体。Td峰随着MnCO3含量的增加逐渐消失。随着MnCO3含量的增加，εr和tan δ逐渐减小，而Kp和d33均呈现出先增大后减小的趋势。综合考虑陶瓷的显微组织和电性能两方面因素，当MnCO3含量为0.2 wt.%，烧结温度为1120 oC时，体系表现出较佳的电性能，r、tan δ、d33及Kp分别达到1161、0.0315、197 pC/N和0.31，成为取代铅基压电陶瓷的候选材料。