过量Bi2O3对NBT-6BT无铅压电陶瓷微观结构及电学性能的调控机制与性能优化研究

本研究系统探讨了过量Bi2O3对0.94Na1/2Bi1/2TiO3-0.06BaTiO3（NBT-6BT）无铅压电陶瓷的微观结构演化与电学性能的调控作用。通过固相法合成系列样品，发现适量Bi2O3（x=0.5）可显著细化晶粒、抑制异常生长，提升压电性能（d33=182 pC/N, kp=35%）与绝缘性，而过量（x≥0.8）会诱发第二相析出导致性能劣化。该研究为铋基无铅材料性能优化提供了重要依据。

　　

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Experiment Methods

通过固相反应法制备NBT-6BT-xBi₂O₃（x=0,0.3,0.5,0.8,1.0）无铅压电陶瓷。原料包括Na₂CO₃（99.80%）、Bi₂O₃（99.999%）、TiO₂（99.99%）和BaCO₃（99.0%）。原料经90℃干燥24小时后按化学计量比精确称重，充分混合后置于球磨罐中……

Results and discussion

图1展示了各组分样品在1130℃烧结2小时的SEM图像。随着Bi₂O₃含量增加，晶粒尺寸显著减小。图2显示了过量Bi₂O₃对晶粒尺寸分布的影响——Bi₂O₃含量越高，分布越集中，表明晶粒均匀性提升。样品平均晶粒尺寸从2.46 μm逐渐降低至0.56 μm……

Conclusions

本研究系统揭示了过量Bi₂O₃对NBT-6BT陶瓷微观结构与电学性能的调控规律。当0≤x≤0.5时，Bi₂O₃的引入可显著细化晶粒并抑制异常生长，压电性能与绝缘性同步提升（x=0.5时达最优：d₃₃=182 pC/N, k_p=35%）。而x≥0.8时会诱发晶界第二相析出，导致电学性能劣化。研究表明精准调控Bi₂O₃含量对增强铋基无铅材料性能具有关键意义。