Optimizing the piezoelectric properties of Ba0·85Ca0·15Zr0·10Ti0·90O3·lead-free ceramics via two-step sintering

烧结 材料科学 压电 煅烧 居里温度 粒度 微观结构 陶瓷 复合材料 矿物学 凝聚态物理 生物化学 铁磁性 物理 催化作用 化学
作者
Shengfang Shi,Hideki Hashimoto,Tohru Sekino
出处
期刊:Ceramics International [Elsevier BV]
卷期号:49 (8): 12293-12300
标识
DOI:10.1016/j.ceramint.2022.12.083
摘要

The two-step sintering of lead-free Ba0·85Ca0·15Zr0·1Ti0·9O3·(BCZT) ceramics was investigated as a way to enhance its piezoelectric properties. The variations in grain size as a function of the calcination and sintering conditions and its effect on performance is discussed. Results indicate that as the calcination and first-step sintering temperatures increased, grain size became large and was independent of the second sintering step. Large grains were responsible for the enhanced piezoelectric properties by causing lattice distortion, larger domains, and easy motion of domain walls. The BCZT ceramic calcined at 1200 °C and sintered at 1540 °C without holding and then cooled to 1400 °C and held at 1400 °C for 4 h exhibited optimal performance with the highest remnant polarization Pr ∼13.5 μC/cm2, the largest piezoelectric constant d33 ∼ 529 pC/N at room temperature, and the highest Curie temperature Tc ∼125 °C. Two-step sintering has been turned out to be an effective method to realize high-performance BCZT ceramics by microstructure optimization.

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