樊慧庆等：掺杂三氧化二锑的钛酸铋钠钾陶瓷的显微结构和电学性能· 1 ·第41卷第4期DOI：10.7521/j.issn.0454–5648.2013.04.00 低Sc含量BZSPT x高温压电陶瓷的结构和介温特性石维1,2，祝娅1，肖定全2，朱建国2(1. 铜仁学院物理与电子科学系，贵州铜仁 554300；2. 四川大学材料科学与工程学院，四川成都 610064)摘要：为了降低BiScO3–PbTiO3高温压电陶瓷的成本，采用传统固相反应制备了低Sc含量(摩尔分数)的(1–x)(0.15BiScO3–0.85PbTiO3)–x Bi(Zn1/2Ti1/2)O3 (BZSPT x)高温压电陶瓷，用X射线衍射、扫描电子显微镜表征样品微观结构及组成，结果显示：当x=0.075～0.125，BZSPT x Bi(Zn1/2Ti1/2)O3具有单一四方相钙钛矿结构，同时BZSPT x体系具有较大的四方畸变度(c/a>1.1)。
介温测试表明BZSPT x体系可获得高于PbTiO3陶瓷的Curie温度(T C>520 )℃，其介温特性依赖于四方畸变程度；当Bi(Zn1/2Ti1/2)O3含量为7.5%时，BZSPT x陶瓷体系获得最大压电活性(d33～76pC/N)，同时具有较高的Curie 温度(T C=536℃)，该材料体系有望在航空航天、石油勘探和民用等领域的高温压电传感器中得到应用。
关键词：变温压电陶瓷；Curie温度；四方畸变；介温特性；钙钛矿中图分类号：TM223 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2013)04–网络出版时间：网络出版地址：Structure and Dielectric Temperature Characteristic of High Temperature BZSPT xPiezoelectric Ceramics with Sc contentSHI Wei1，ZHU Ya1，XIAO Dingquan2，ZHU Jianguo2(1. Department of Physics and Electronic, College of Tongren, Tongren 554300, Guizhou, China; 2. College of MaterialsScience and Engineering, Sichuan University, Chengdu 610064, China)Abstract: In order to reduce the cost of the high Curie temperature T C BiScO3–PbTiO3 piezoelectric ceramics, (1–x)(0.15BiScO3– 0.85PbTiO3)–x Bi(Zn1/2Ti1/2)O3 (BZSPT x) ceramics were prepared via conventional solid reaction. The BZSPT x ceramics were char-acterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy and dielectric temperature characterization method, respectively. The results show that the perovskite phase with the single tetragonal peroviskite structure in the Bi(Zn1/2Ti1/2)O3 content (x) range from 0.075 to 0.125 of the ceramics can be obtained. Furthermore, the BZSPT x ceramics had a greater lattice distortion (c/a>1.1), a lower piezoelec-tricity and a high T C>520℃. It was also indicated that the ceramics with the greatest value of the piezoelectric constant (d33=76pC/N) at x=0.075 and high T C of 536℃could be promising candidate materials for the high temperature operating environment.Key words: high temperature piezoelectric ceramics; Curie temperature; tetragonal phase distortion; dielectric temperature characteristic;peroviskiteBiScO3–PbTiO3(BSPT)PZT 陶瓷的高压电活性，并具有高于PZT陶瓷的Curie 温度(T C～450)℃而成为当前材料科学研究的前沿和热点之一[1]。
在(1–x)BiScO3–x PbTiO3(BSPT x)体系的研究中，当PbTiO3含量为64%时，陶瓷体系为三方与四方相结构过渡区域，为BSPT x陶瓷体系的准同型相界(MPB)，具有压电性能的峰值(d33约为450pC/N)。
但是，稀有金属氧化物原材料Sc2O3的价格昂贵，导致BSPT陶瓷的商用成本远高于PZT陶瓷，很大程度限制了该材料体系的应用范围。
为了降低BSPT陶瓷的制备成本，Sterianou等[2]采用Fe取代Sc获得了压电性能较好(d33约为100pC/N)的(1–x)BiSc1–y Fe y O3–x PbTiO3陶瓷，但是Fe离子的掺入导致Curie温度的降低；高钛酸铅含量的BSPT收稿日期：2012–10–12。
修订日期：2012–12–10。
基金项目：贵州省人事厅项目(TZJF2010041)；贵州省科技厅项目(2011- 2031)；贵州省黔财教项目[2011(232)]。
第一作者：石维(1975—)，男，博士，副教授。
通信作者：朱建国(1955—)，男，教授。
Received date:2012–10–12. Revised date: 2012–12–10. First author: SHI Wei (1975–), male, Ph.D., Associate Professor. E-mail: wlxsw@Correspondent author: ZHU Jianguo (1955–), male, Professor. E-mail: nic0400@第41卷第4期2013年4月硅酸盐学报JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETYVol. 41，No. 4April，20132013-03-02 09:39/kcms/detail/11.2310.TQ.20130302.0939.022.html硅 酸 盐 学 报· 2 ·2013年同样也可以降低Sc 2O 3使用量，然而由于非钛酸铅组分与钛酸铅存在固溶极限的原因[3]，使得陶瓷体系中出现富铋相并对钙钛矿结构造成影响使得制备难度较大，而且杂相会影响BSPT 陶瓷的Curie 温度(T C 约为426 ℃)[1]。
陈异等[4]通过Mn 改性高钛酸铅含量的BSPT85组分的实验得到高Curie 温度的压电陶瓷(T C = 520 ℃)，不过该体系的压电活性被抑制。
为了进一步研究低成本，高Curie 温度的BSPT 压电陶瓷相关的机理，增强对BSPT 陶瓷的理解，在0.15BiScO 3–0.85PbTiO 3组分中引入了Bi(Zn 0.5· Ti 0.5)O 3三元体系，其分子式为(1–x )(0.15BiScO 3– 0.85PbTiO 3)–xBi(Zn 0.5Ti 0.5)O 3 (BZSPT x )，采用传统陶瓷固相反应在1 000～1 150 ℃温度区域完成固相合成，研究了BZSPT x 陶瓷的结构和电学性能及机理。
1 实 验1.1 样品制备以Bi(Zn 0.5Ti 0.5)O 3为第三相，采用固相法制备(1–x )(0.15BiScO 3–0.85PbTiO 3)–x Bi(Zn 0.5Ti 0.5)O 3 (x = 0.075，0.100，0.125)陶瓷。
用高纯PbO (99.8%，质量分数，下同)、Bi 2O 3 (99%)、ZnO (99%)、Sc 2O 3 (99%)和TiO 2 (99.99%)粉料作为原料，配比后加入一定比例的乙醇溶液球磨24 h ，在800～850 ℃预烧2 h ，2次球磨24 h 后烘干，加入10%(质量分数)的PV A 对粉体造粒，压制成φ 15 mm 的圆片样品，1 050～1 200 ℃烧结2 h ，自然冷却后，采用高温银浆被银，并在710 ℃烧结10 min 获得银电极，将样品放在硅油中加热至120 ℃，用(3～4) × 103 V/mm 的电压极化15～30 min ，最后对样品进行数据测量和实验表征。
1.2 表 征采用中国丹东方圆仪器厂DX-1000型X 射线衍射仪进行物相分析。
用ZJ-3A 型准静态d 33测量仪测试BZSPT x 陶瓷的压电常数d 33。
用HP4980连接高温炉计算机进行数据采集，在25～750 ℃间对BZSPT x 样品进行介电常数–温度特性测试。
采用荷兰FEI 公司Inspect F 型扫描电子显微镜分析了BZSPT x 陶瓷的表面形貌。
用压电工作站(Radiant Technologies ，Inc)对样品进行电滞回线测试。
2 结果及分析2.1 BZSPT x 陶瓷材料的结构图1为当体系中的Bi(Zn 0.5Ti 0.5)O 3含量在0.075～0.125区间，在传统固相法制备工艺条件下，BZSPT x 陶瓷均可形成单一的钙钛矿结构。
可见：朱建国 四川大学材料科学与工程学院党委书记，教授、博士生导师，四川省学术技术带头人、四川省突出贡献专家、四川省有突出贡献的博士学位获得者。
长期从事铁电压电功能材料及元器件、电子薄膜制备与表征新技术等领域的科研和教学工作，先后主持或参加国家“863”项目、军工民口配套项目、国防基础研究项目和国家自然科学基金项目等项目20多项，到校科研经费1000多万元；SCI 收录论文200余篇，获得国家授权发明专利14项；出版教材专著9部；获省部级科技进步一、二、三等奖四项。