·964· 工程科学学报，第41卷，第8期 210 和压电性能改善，居里温度由x=0mol时的428℃ 增加至x=0.012mol时的497℃，压电性能d3由 x=0mol时的115pC.N-1增加至x=0.006mol时的 167pC·N-1,如图4所示.Zheng等2]指出在 -0.71BF-0.29BT+MnC 0.71BF-0.29BT+xMn04 0.7Bi,(Fe.Mg.TilO,-0.3BT15 0.7Bi1.s(Fe1-.Sc.)0,-0.3BT体系中，当0≤x≤ 2-0.75B-0.25BT+xBi,0,+0.6%Mn0 0.6烧为质量分数0 0.07mol时为P℃相和R相共存，而当x>0.07mol 0.71BF-0.29BT+xBi,0,+0.6%M07 0.6%为质量分数 时为PC相.陶瓷样品的在0≤x≤0.03mol区间内 -4-0.7BF-0.3BT+xC0,0 的压电性能d,保持不变约180pCN-1.笔者等[5] 0.020.040.060.08 0.10 物质的量，xmol质量分数，地 先前的研究揭示了采用少量(Mga,Tias)+复合离 子取代Fe3+将能改善0.7BiFe1-.(Mga.s Tios).0- 图2BF-BT陶瓷中氧化的掺杂量与山的关系图 0.3BT的铁电和压电性能，如图4所示.Zhou Fig.2 Relation between the amount of oxide and da in BF-BT ce- 等[26-2]和San等[2]也指出采用复合离子(Mg2 ramics Tin)3+[2]、(NiveTie)3+[2或(Zmve Tiv)3+[2]取 B+能有效地改善陶瓷样品的铁电和压电性能，且 代B位中的Fe3+离子能有效地提高0.71BF- 当La3+的取代量为0.02mol时，陶瓷样品具有优异 0.29BT+0.6%Mn02(0.6%为质量分数)陶瓷的压 的压电性能，d3=168pC.N-.Guo等[2]指出采用 电性能，其中d,最优值分别为155、156和163pC· Er3+取代A位Bi+能提高0.75BF-0.25BT+1% N-',如图4所示.Zheng等2]和Chen等[o]也分别 Mn0,(1%为摩尔分数)陶瓷的电绝缘性能和铁电性 报道了采用少量(Znas Tias)3+复合离子取代部分Fe3+ 能.然而其压电性能d:随E3+的取代量的增加呈 将能改善(0.7-x)BF-0.3BT-xBi(Zna.5Ti.5)03+ 现下降趋势.Wang等]报道了采用非等价离子 1%Mn02(1%为摩尔分数)和0.7BiFe1-x(Znus Ca2+取代部分Bi3+能改善0.70Bi1-.Ca,Fe0, Tias)0,-0.3BT陶瓷的电阻和压电性能，如图4所 0.30BT+0.6%Mn02(0.6%为质量分数)陶瓷样品 示.综上所述，从图4中列举的B位离子的取代量 的电阻和压电性能，且在x=0.0075mol时取得最大 与d,的关系图可以得出，当B位取代离子取代量少 压电系数d3=168pC·N-1,如图3所示 于或等于0.05mol时，B位离子的取代有利于陶瓷 180 -0.71(Bi,La )FeO,-0.29BT+ 样品的压电性能的提高，然而当B位离子取代量进 0.6%Mn020.6%为质量分数) 200 0.75Bi,Er)Fc0,-0.25BT+ 120 1%MnO1%为摩尔分数) ▲-0.70BiCa)Fc0,-0.30BT+ 150 0.6%Mn020.6%为质量分数) 50 100 0 0.05 0.10 0.15 0.20 x/mol ◆ 图3BF-BT陶瓷中A位离子取代的含量与d:之间的关系图 0 0.04 0.08 0.12 0.16 Fig.3 Relation between the amount of A-site ion substitution and x/mol -Bi(Fe,Co)0,0.29BT+0.6%Mn020.6%为质量分数) d in BF-BT ceramics --Bio:(Fe_Sc)O,-0.3BTE4 -(0.7-x)BF-0.3BT-xBi(Mg TiO B位离子取代能有效地降低Fe3+离子的含量， T-BiFe(MgTi。0,0.29BT+0.6%Mn00.6%为质量分数) -BiFe (Nio Tin0,0.29BT+0.6%Mn00.6%为质量分数) 从而减少Fe+的变价.B位离子取代元素主要有 -D-BiFe,Zn,Ti。)0,0.29BT+0.6%Mn00.6%为质量分数) Co3+、A3+、Ga3+和Sc3+等价离子，以及(Zn.5 ◆0.7-x)BF-03BT-xBi(ZnsTio)0,+1%Mn01%为摩尔分数) --0.7BiFe_(ZnasTios.O,-0.3BTL3O Tis)3+、(Mgo.s Tio.s)3+和(Nia.sTis)3+等复合离 图4BF-BT陶瓷中B位离子取代的含量与d:之间的关系图 子.Zhou等报道了Co3+取代部分Fe3+,将导致 Fig.4 Relation between the amount of B-site ion substitution and 0.71Bi(Fe1-.Co,)0,-0.29BT陶瓷的居里温度升高 d3s in BF-BT ceramics工程科学学报,第 41 卷,第 8 期 图 2 BF鄄鄄BT 陶瓷中氧化的掺杂量与 d33的关系图 Fig. 2 Relation between the amount of oxide and d33 in BF鄄鄄 BT ce鄄 ramics Bi 3 + 能有效地改善陶瓷样品的铁电和压电性能,且 当 La 3 + 的取代量为 0郾 02 mol 时,陶瓷样品具有优异 的压电性能,d33 = 168 pC·N - 1 . Guo 等[21] 指出采用 Er 3 + 取代 A 位 Bi 3 + 能提高 0郾 75BF鄄鄄 0郾 25BT + 1% MnO2 (1% 为摩尔分数)陶瓷的电绝缘性能和铁电性 能. 然而其压电性能 d33随 Er 3 + 的取代量的增加呈 现下降趋势. Wang 等[22] 报道了采用非等价离子 Ca 2 + 取 代 部 分 Bi 3 + 能 改 善 0郾 70Bi 1 - x Cax FeO3 鄄鄄 0郾 30BT + 0郾 6% MnO2 (0郾 6% 为质量分数)陶瓷样品 的电阻和压电性能,且在 x = 0郾 0075 mol 时取得最大 压电系数 d33 = 168 pC·N - 1 ,如图 3 所示. 图 3 BF鄄鄄BT 陶瓷中 A 位离子取代的含量与 d33之间的关系图 Fig. 3 Relation between the amount of A鄄鄄 site ion substitution and d33 in BF鄄鄄BT ceramics B 位离子取代能有效地降低 Fe 3 + 离子的含量, 从而减少 Fe 3 + 的变价. B 位离子取代元素主要有 Co 3 + 、 Al 3 + 、 Ga 3 + 和 Sc 3 + 等 价 离 子, 以 及 ( Zn0郾 5 Ti 0郾 5 ) 3 + 、( Mg0郾 5 Ti 0郾 5 ) 3 + 和( Ni 0郾 5 Ti 0郾 5 ) 3 + 等复合离 子. Zhou 等[23]报道了 Co 3 + 取代部分 Fe 3 + ,将导致 0郾 71Bi(Fe1 - xCox)O3 鄄鄄0郾 29BT 陶瓷的居里温度升高 和压电性能改善,居里温度由x = 0 mol 时的 428 益 增加至 x = 0郾 012 mol 时的 497 益 ,压电性能 d33 由 x = 0 mol 时的 115 pC·N - 1增加至 x = 0郾 006 mol 时的 167 pC·N - 1 , 如 图 4 所 示. Zheng 等[24] 指 出 在 0郾 7Bi 1郾 05 ( Fe1 - x Scx ) O3 鄄鄄 0郾 3BT 体系中,当 0 臆x臆 0郾 07 mol 时为 PC 相和 R 相共存,而当 x > 0郾 07 mol 时为 PC 相. 陶瓷样品的在 0臆x臆0郾 03 mol 区间内 的压电性能 d33保持不变约 180 pC·N - 1 . 笔者等[25] 先前的研究揭示了采用少量(Mg0郾 5 Ti 0郾 5 ) 3 + 复合离 子取代 Fe 3 + 将能改善 0郾 7BiFe1 - x ( Mg0郾 5 Ti 0郾 5 )x O3 鄄鄄 0郾 3BT 的 铁 电 和 压 电 性 能, 如 图 4 所 示. Zhou 等[26鄄鄄27]和 Shan 等[28] 也指出采用复合离子( Mg1 / 2 Ti 1 / 2 ) 3 + [26] 、(Ni 1 / 2 Ti 1 / 2 ) 3 + [27] 或( Zn1 / 2 Ti 1 / 2 ) 3 + [28] 取 代 B 位 中 的 Fe 3 + 离 子 能 有 效 地 提 高 0郾 71BF鄄鄄 0郾 29BT + 0郾 6% MnO2 (0郾 6% 为质量分数)陶瓷的压 电性能,其中 d33最优值分别为 155、156 和 163 pC· N - 1 ,如图 4 所示. Zheng 等[29]和 Chen 等[30] 也分别 报道了采用少量(Zn0郾 5Ti 0郾 5 ) 3 + 复合离子取代部分 Fe 3 + 将能改善(0郾 7 - x)BF鄄鄄0郾 3BT鄄鄄 xBi(Zn0郾 5 Ti 0郾 5 )O3 + 1% MnO2 ( 1% 为 摩 尔 分 数) 和 0郾 7BiFe1 - x ( Zn0郾 5 图 4 BF鄄鄄BT 陶瓷中 B 位离子取代的含量与 d33之间的关系图 Fig. 4 Relation between the amount of B鄄鄄 site ion substitution and d33 in BF鄄鄄BT ceramics Ti 0郾 5 )xO3 鄄鄄0郾 3BT 陶瓷的电阻和压电性能,如图 4 所 示. 综上所述,从图 4 中列举的 B 位离子的取代量 与 d33的关系图可以得出,当 B 位取代离子取代量少 于或等于 0郾 05 mol 时,B 位离子的取代有利于陶瓷 样品的压电性能的提高,然而当 B 位离子取代量进 ·964·