PZT-PMS-PZN基大功率壓電陶瓷的低溫?zé)Y(jié)及摻雜改性研究.pdf

1、近年來,由于壓電作動(dòng)器和變壓器的大規(guī)模使用,大功率壓電陶瓷材料引起了廣泛的研究和關(guān)注。為獲得高的功率密度,多層疊片式壓電陶瓷元器件也逐漸成為近期的研究熱點(diǎn)。日前實(shí)現(xiàn)疊層結(jié)構(gòu)更傾向采用Ag-Pd貴金屬作內(nèi)電極多層疊合一次燒成。若PZT壓電陶瓷能在900℃以下燒成,則可采用Ag作內(nèi)電極,這樣不僅可以降低成本也可以抑制PbO的揮發(fā)。
　　 目前,人們通過添加鈣鈦礦型弛豫鐵電體發(fā)展了許多三元系、四元系的PZT基大功率壓電陶瓷。PZT-P

2、MS-PZN由于具備優(yōu)異的電學(xué)性能:d33=369pC/N,Qm=1381,kp=64％,tanδ=0.44％,εT33=1600,而被認(rèn)為是大功率的候選材料之一。然而針對(duì)該材料的研究局限于熔鹽合成法,且燒結(jié)溫度偏高。為此,本課題選擇PZT-PMS-PZN材料為研究對(duì)象,從成分設(shè)計(jì)、低溫?zé)Y(jié)特性、摻雜改性對(duì)材料的顯微結(jié)構(gòu)與電學(xué)性能的影響進(jìn)行系統(tǒng)的研究。
　　 采用普通固相法制備四元系0.90Pb(ZrxTi1-x)O3-0.05

3、Pb(Mn1/3Sb2/3)O3-0.05Pb(Zn1/3Nb2/3)O3陶瓷,進(jìn)一步添加CuO燒結(jié)助劑降低燒結(jié)溫度。研究不同Zr:Ti比和CuO添加量對(duì)陶瓷微結(jié)構(gòu)、電學(xué)性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明,Zr:Ti比對(duì)陶瓷電學(xué)性能影響顯著,當(dāng)Zr:Ti=48:52時(shí),1100℃燒結(jié)后的陶瓷具有優(yōu)異的電學(xué)性能:d33=355 pc/N,Qm=1550,kp=60％,tanδ=0.33％,εT33=1308。該配方在添加1.0 wt％CuO后,燒結(jié)

4、溫度下降到900℃,并且保持較好的電學(xué)性能:d33=306 pC/N,Qm=997,kp=53.6％,tanδ=0.50％,εT33=1351。通過對(duì)0.90PZT-0.05PMS-0.05PZN+1.0 wt％CuO陶瓷原始粉體進(jìn)行了差熱.熱失重分析,930℃左右出現(xiàn)的吸熱峰證實(shí)了燒結(jié)過程中液相的存在。
　　 為進(jìn)一步優(yōu)化0.90PZT-0.05PMS-0.05PZN+1.0 wt％CuO陶瓷的壓電性能,選擇LaO3和Nb2O

5、5分別作為A-/B-位的施主摻雜物。研究結(jié)果表明,La2O3摻雜可以顯著提高d33和kp值,且?guī)缀醪唤档蚎m。當(dāng)摻雜0.5 wt％La2O3時(shí),陶瓷的電學(xué)性能最佳:d33=355 pC/N,Qm=936,kp=58.4％,tanδ=0.32％,εT33=1590。另一方面,Nb2O5摻雜對(duì)陶瓷壓電性能的影響相對(duì)復(fù)雜,當(dāng)Nb2O5摻雜量為0.5 wt％時(shí),陶瓷也具有良好的電學(xué)性能:d33=300 pC/N,Qm=971,kp=58.4％,