锆钛酸钡陶瓷的Fe掺杂改性与电学性能研究*

黄艳伟， 陆伟豪

(1.河南信阳学院 理工学院，河南 信阳 464000； 2.郑州大学 材料科学与工程学院，河南 郑州 450001)

0 引 言

压电陶瓷能将机械能和电能互相转换，具有制造工艺简单、电学性能优越等特性而被广泛应用于换能器、变压器、电光器件和压电陀螺等领域[1]。常用的压电陶瓷主要分为铅基压电陶瓷和无铅压电陶瓷。而目前市场上应用较为广泛的主要为PbO/PbO3在原料中占比大于70 %的铅基压电陶瓷在生产及后续处理过程中会对人体健康和环境产生不可逆的危害[2]，急需开发出环境友好型可替代铅基压电陶瓷的无铅压电陶瓷。其中，锆钛酸钡陶瓷由于具有相对较高的压电常数和较大的极化强度等特点而成为有望替代铅基压电陶瓷的储能电容器材料，然而其存在烧结温度较高、居里温度偏低等问题[3～5]，需要采用掺杂改性(掺入能改善电学性能的元素)等方法进一步提升其电学性能。目前这方面的研究多集中在La，Y，Ce等稀土元素和Ca，Nb，Mg，Zn等金属元素的离子掺杂上[6,7]。虽然这些离子掺杂可以一定程度上提高锆钛酸钡陶瓷的居里温度等电学性能，但与实际应用还有一定差异[8]。

本文尝试在锆钛酸钡陶瓷中掺杂Fe2O3的方法，分析了掺杂量对锆钛酸钡陶瓷物相组成、显微形貌和电学性能的影响，结果将有助于新型高电学性能的无铅压电陶瓷材料的开发与工业化应用。

1 试验材料与方法

1.1 原材料与仪器设备

实验原料包括分析纯BaCO3，分析纯CaCO3，分析纯ZrO2，化学纯TiO2，分析纯Fe2O3粉体材料。……