.892 北京科技大学学报 第31卷 (200)的双峰，表明陶瓷为三方、四方共存结构.y> 成陶瓷40°与47°左右为(003)(021)与(002)(200) 0.02(x=0.18)时样品40°左右(003)(021)双峰有 的双峰，表明陶瓷为三方、四方共存，x=0.24时样 合并为(111)的单峰的趋势，47°左右(002)(200)的 品40°左右的(003)(021)双峰合并为(111)的单峰， 双峰也有合并为(202)的单峰的趋势，表明陶瓷晶体 但(002)(200)的双峰依然存在，表明陶瓷晶体结构 结构有向伪立方结构转变的趋势.从图2(b)可以看 已转变为四方结构，以上结果分析表明BNT-BKT一 出，该体系陶瓷在x≤0.15(y=0.01)时，40°左右 BC一x/y体系的准同型相界成分范围为x=0.18~ 为(003)(021)的双峰，47°左右为(202)的单峰，表 0.21,y=00.02. 明陶瓷样品为三方结构，0.18≤x≤0.21时，各组 (a) (111) (202) (b) (111) 1200 -0.025 x-0.24 y-0.020入 x-0.21 M y0.015y八w 旺 =0.010八 x0.15 x=0.12 20 38 4244 46 48 38 40 4244 6 48 28() 20v() 图2室温下BNT-BKT-BC-x/y体系陶瓷在20为38~48°范围内的XRD图谱·(a)x=0.18;(b)y=0.01 Fig-2 XRD patterns of BNT-BKT-BC-x/y ceramics in the 20 range of 38 to 48:(a)x=0.18:(b)y=0.01 图3为BNT-BKT-BC一x/y体系陶瓷平面机 该陶瓷体系d33与kp随BKT含量(x)的增加先增 电耦合系数kp和压电常数d33与成分的变化关系， 加后减少，在准同型相界成分附近达到最大值，当 从图中可以看出，随着BiCO3含量(y)的增加，压 x=0.18、y=0.015时，d3g=168pCN-1,kp= 电常数d33明显增加，机电耦合系数k。缓慢上升； 0.316;当x=0.18,y=0.01时，d33=164pCN-1, 当y≥0.02时，d3与kp随y增加急剧下降.另外 k,=0.326,为该体系陶瓷的最佳压电性能 0.40 (a) 0.36 160 (b) 160 0.32 0.35 140 140 ● 0.30 120 0.28 120 0.24 100 025 0.20 0.20 80 0.16 60 0.15 60 10.12 40L 0.01 0.02 0.03 0.120.140.160.180.200.220.24 0.10 图3室温下BNT-BKT-BC--x/y体系陶瓷的压电常数d33与机电耦合系数kp·(a)x=0.18:(b)y=0.01 Fig.3 Piezoelectric constant d3s and electromechanical coupling factor kp of BNT-BKT-BC-x/y ceramics:(a)x=0.18:(b)y=0.01 根据离子位移理论，ABO3钙钛矿型铁电体的 T4+离子半径(0.061nm)接近.因此，Cr3+离子进 铁电性主要来源于氧八面体BO6中B位离子的位入B位取代T4+离子，由于电价不平衡，从而产生 移.在PZT基陶瓷中，Pb2+具有很高的位移量和电 氧空位，根据软性掺杂与硬性掺杂理论，氧空位的 子位移极化率，对PZT基陶瓷的压电性能具有重要 产生为硬性掺杂效应，其压电常数、机电耦合系数应 的贡献.根据文献[13]，Bi能促进强铁电性和压电降低，当BiCrO3含量较低时，第1种作用(Bi促进 性的产生，该体系陶瓷随BiCO3含量的增加，其Bi 强压电性)起主要作用；当BiCrO3含量较高时，第2 含量增加，导致压电性能增加，另外，C3+离子在配 种作用(C3+离子产生氧空位引起的硬性掺杂效 位数为6时的离子半径为0.0616nm,与B位的 应)起主要作用，二者共同作用使该体系陶瓷的压（200）的双峰‚表明陶瓷为三方、四方共存结构．y＞ 0∙02（ x＝0∙18）时样品40°左右（003）（021）双峰有 合并为（111）的单峰的趋势‚47°左右（002）（200）的 双峰也有合并为（202）的单峰的趋势‚表明陶瓷晶体 结构有向伪立方结构转变的趋势．从图2（b）可以看 出‚该体系陶瓷在 x ≤0∙15（ y＝0∙01）时‚40°左右 为（003）（021）的双峰‚47°左右为（202）的单峰‚表 明陶瓷样品为三方结构．0∙18≤ x ≤0∙21时‚各组 成陶瓷40°与47°左右为（003）（021）与（002）（200） 的双峰‚表明陶瓷为三方、四方共存．x＝0∙24时样 品40°左右的（003）（021）双峰合并为（111）的单峰‚ 但（002）（200）的双峰依然存在‚表明陶瓷晶体结构 已转变为四方结构．以上结果分析表明 BNT－BKT－ BC－x／y 体系的准同型相界成分范围为 x＝0∙18～ 0∙21‚y＝0～0∙02． 图2 室温下 BNT－BKT－BC－x／y 体系陶瓷在2θ为38～48°范围内的 XRD 图谱∙（a） x＝0∙18；（b） y＝0∙01 Fig．2 XRD patterns of BNT-BKT-BC-x／y ceramics in the2θrange of 38°to48°：（a） x＝0∙18；（b） y＝0∙01 图3为 BNT－BKT－BC－x／y 体系陶瓷平面机 电耦合系数 kp 和压电常数 d33与成分的变化关系． 从图中可以看出‚随着 BiCrO3 含量（ y）的增加‚压 电常数 d33明显增加‚机电耦合系数 kp 缓慢上升； 当 y≥0∙02时‚d33与 kp 随 y 增加急剧下降．另外 该陶瓷体系 d33与 kp 随 BKT 含量（ x）的增加先增 加后减少‚在准同型相界成分附近达到最大值．当 x＝0∙18、y ＝0∙015时‚d33＝168pC·N －1‚kp ＝ 0∙316；当 x＝0∙18‚y＝0∙01时‚d33＝164pC·N －1‚ kp＝0∙326‚为该体系陶瓷的最佳压电性能． 图3 室温下 BNT－BKT－BC－x／y 体系陶瓷的压电常数 d33与机电耦合系数 kp∙（a） x＝0∙18；（b） y＝0∙01 Fig．3 Piezoelectric constant d33and electromechanical coupling factor kp of BNT-BKT-BC-x／y ceramics：（a） x＝0∙18；（b） y＝0∙01 根据离子位移理论‚ABO3 钙钛矿型铁电体的 铁电性主要来源于氧八面体 BO6 中 B 位离子的位 移．在 PZT 基陶瓷中‚Pb 2＋具有很高的位移量和电 子位移极化率‚对 PZT 基陶瓷的压电性能具有重要 的贡献．根据文献［13］‚Bi 能促进强铁电性和压电 性的产生．该体系陶瓷随 BiCrO3 含量的增加‚其 Bi 含量增加‚导致压电性能增加．另外‚Cr 3＋离子在配 位数为6时的离子半径为0∙0616nm‚与 B 位的 Ti 4＋离子半径（0∙061nm）接近．因此‚Cr 3＋ 离子进 入 B 位取代 Ti 4＋离子‚由于电价不平衡‚从而产生 氧空位．根据软性掺杂与硬性掺杂理论‚氧空位的 产生为硬性掺杂效应‚其压电常数、机电耦合系数应 降低．当 BiCrO3 含量较低时‚第1种作用（Bi 促进 强压电性）起主要作用；当 BiCrO3 含量较高时‚第2 种作用（Cr 3＋ 离子产生氧空位引起的硬性掺杂效 应）起主要作用．二者共同作用使该体系陶瓷的压 ·892· 北 京 科 技 大 学 学 报 第31卷