مطالعه تاثير افزودن بيسموت قبل و بعد از كلسيناسيون بر خواص الكتريكي پيزوسراميك‌هاي ba0.85ca0.15) (zr0.1ti0.9) o3 )

Studying the effect of Bi2O3 addition before and after calcination on electrical properties of (Ba0.85Ca0.15)(Zr0.1Ti0.9)O3 piezoceramics

تركيب پيزوالكتريك عاري از سرب ba0.85ca0.15zr0.1ti0.9o3 (bczt) با استفاده از روش متداول سراميك‌ها سنتز و اثر افزودن 0.1% مولي bi2o3 بر فرايند زينتر و خواص دي الكتريك، فروالكتريك و پيزوالكتريك اين تركيب مطالعه شد. در راستاي كاهش اتلاف بيسموت در دماهاي بالاي كلسيناسيون و زينتر bczt، ، دو روش متفاوت براي افزودن بيسموت به ساختار اين تركيب بكار گرفته شد؛ در روش اول، bi2o3 مطابق فرمولاسيون ([(ba0.85,ca0.15)1xbi3x/2](zr0.1,ti0.9)o3 با جبران بار در مكان‌هاي aي ساختار با ساير مواد اوليه مخلوط گرديد و در روش دوم، ابتدا تركيب bczt سنتز و سپس bi2o3 بدون جبران بار با اين تركيب مخلوط شد و پس از شكل دهي، سراميك‌هاي bcztbi زينتر گرديدند. آناليزهاي فازي و ريزساختاري با استفاده از تكنيك پراش اشعه‌‌ي x (xrd) و ميكروسكوپ الكتروني روبشي (sem) انجام گرديد. نمودارهاي وابستگي دمايي و فركانسي خواص دي الكتريك، بيانگر آن بود كه با اضافه كردن 0.1% مولي bi2o3 اين سراميك‌ها از رفتار طبيعي مواد فروالكتريك تبعيت مي كنند. نتايج به دست آمده حاكي از آن بود كه اضافه كردن بيسموت بعد از سنتز bczt نسبت به روش دوم در افزايش چگالي و بهبود خواص الكتريكي موثرتر مي‌باشد. در دماي زينتر °c1350 براي تركيب bcztbi0.1 ضرايب پيزوالكتريك مستقيم و معكوس، فاكتور جفت‌شدگي الكترومكانيكي و قطبش باقي مانده به ترتيب d33=325 pc/m، d33*=675 pm/v، kp=0.42 و pr=10.4 µc/cm2 به دست آمد.

Lead-free Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3 (BCZT) compounds were synthesized using the conventional solid state ceramic processing and the effects of Bi2O3 addition on density and electrical properties was investigated. In order to decrease the loss of Bi at high processing temperatures of BCZT, two methods were employed to introduce bismuth oxide; one, in which Bi2O3 was mixed with the raw materials and the composition was balanced for A-site substitution before calcination and the other where Bi2O3 (0.1mol%) was added after calcination, milled, compacted, and sintered (1350-1500 °C) with no compensation at A or B-sites. Phase and microstructure analyses were carried out using x-ray diffractometry and scanning electron microscopy. The temperature and frequency dependence of dielectric properties showed a normal ferroelectric behavior. Our results revealed that Bi incorporation based on the second method was more effective in increasing the density and improving the electrical properties. The highest direct and converse piezoelectric constants, planar coupling factor, and remnant polarization obtained were d33=325 pC/m, d33*=675 pm/V (d33*‎/d33=2.1), kp=0.42, and Pr=10.4 μC/cm2, respectively, for the BCZT sample with 0.1 mol% Bi2O3, as sintering aid, sintered at 1350 °C.