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01.01.2014 | Ausgabe 1/2014

Journal of Materials Science 1/2014

Phase transition behavior and high piezoelectric properties in lead-free BaTiO3–CaTiO3–BaHfO3 ceramics

Zeitschrift:
Journal of Materials Science > Ausgabe 1/2014
Autoren:
Dali Wang, Zhaohua Jiang, Bin Yang, Shantao Zhang, Mingfu Zhang, Feifei Guo, Wenwu Cao

Abstract

The transition behavior, structural changes, and electric properties of lead-free (1−x)Ba(Hf0.16Ti0.84)O3 –x(Ba0.70Ca0.30)TiO3 (BCHT) ceramics fabricated by the conventional solid-state reaction method are investigated in this study. A complete phase diagram of BCHT system has been proposed based on their dielectric behavior. It is found that BHCT ceramics undergo a complicated phase evolution, driven by Ca and Hf contents. The results clearly demonstrate that high electric properties are achieved in the ferroelectric orthorhombic–tetragonal phase boundary near the composition with x = 0.48, which could be adjusted by the contents of Ca and Hf in the composition. The optimum composition shows enhanced properties with dielectric constant ε r = 2889 (at room temperature, 1 kHz), high piezoelectric coefficient d 33 = 410 pC/N, and electromechanical coupling factor k p = 0.47, and a relative high Curie temperature of 106 °C. This investigation yields a sight to understand different phase transition mechanisms of enhanced piezoelectricity for the system.

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