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Erschienen in: Journal of Materials Science: Materials in Electronics 23/2020

24.10.2020

Enhanced electrical properties of lead-free (Ba1−xCax)(Ti0.94Zr0.01Sn0.05)O3 piezoelectric ceramics by optimizing phase ratio and sintering temperature

verfasst von: Ning Wang, Yucheng Tang, Wenyuan Pan, Boping Zhang

Erschienen in: Journal of Materials Science: Materials in Electronics | Ausgabe 23/2020

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Abstract

It is challenging for material chemists to develop lead-free ceramics due to the toxicity of lead for human health and environment. (Ba, Ca)(Ti, Zr)O3 and (Ba, Ca)(Ti, Sn)O3 lead-free piezoelectric ceramics have attracted much attention due to their superior piezoelectric properties. In this study, Ca2+, Zr4+ and Sn4+ were simultaneously doped at A-sites and B-sites, respectively, to clarify the structure and enhance the electrical performance. (Ba1−xCax)(Ti0.94Zr0.01Sn0.05)O3 (BCxTZS) lead-free piezoelectric ceramics were successfully fabricated by conventional solid-state reactive sintering method. The effects of Ca2+ content (x) and sintering temperature on microstructure, phase structure and electrical properties of BCxTZS were investigated. Herein, BCxTZS ceramics are the coexistence of R-O phases as 0.01 ≤ x ≤ 0.02, and they become O-T phases as 0.02 < x ≤ 0.08. The excellent electrical performances with d33 = 511 pC N−1, kp = 43% and Qm = 126 were achieved by optimizing the phase ratio and sintering temperature. The superior d33 along with the comparable Qm with PZT ceramics indicates that BCxTZS ceramics are promising lead-free piezoelectric ceramics.

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Metadaten
Titel
Enhanced electrical properties of lead-free (Ba1−xCax)(Ti0.94Zr0.01Sn0.05)O3 piezoelectric ceramics by optimizing phase ratio and sintering temperature
verfasst von
Ning Wang
Yucheng Tang
Wenyuan Pan
Boping Zhang
Publikationsdatum
24.10.2020
Verlag
Springer US
Erschienen in
Journal of Materials Science: Materials in Electronics / Ausgabe 23/2020
Print ISSN: 0957-4522
Elektronische ISSN: 1573-482X
DOI
https://doi.org/10.1007/s10854-020-04681-0

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