低溫共燒單層與多層并聯(lián)PNN-PZN-PZT厚膜壓電材料的制備和性能研究.pdf

1、過去的幾十年來，鋯鈦酸鉛壓電陶瓷由于其良好的壓電性能（較高的位移，較快的響應(yīng)速度，較低的功耗和較高的驅(qū)動力），一直被廣泛用于傳感器、驅(qū)動器等器件上。但是，隨著MEMS技術(shù)的發(fā)展，電子元器件朝著微型化、小型化和集成化的方向發(fā)展。厚度在10～100μm的壓電厚膜兼顧了塊體材料高驅(qū)動力、寬工作頻率與薄膜材料、低工作電壓、集成性好的優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于微型電動機(jī)、燒成轉(zhuǎn)換器、能量采集器等微型器件中。
　　本實(shí)驗(yàn)采用絲網(wǎng)印刷和流延兩種成型方法

2、，在氧化鋁基板上成功制備了PNN-PZN-PZT單層和多層厚膜壓電材料。
　　在絲網(wǎng)印刷法制備過程中，研究了不同的合成溫度、玻璃料摻雜量、燒結(jié)溫度、球磨時間、極化工藝對單層壓電厚膜結(jié)構(gòu)和性能的影響。在經(jīng)過850℃合成2h、二次球磨10h、摻雜1wt.％鉛硼硅鋁系玻璃料、850℃燒結(jié)2h以及最終以130℃、6kv/mm的電場保壓降溫極化后，單層PNN-ZPN-PZT壓電厚膜達(dá)到最佳的性能:d33=202pC/N，ε33T/ε0=98

3、7，tanδ=1.8％，Tc=295℃，and Pr=14.02μC/cm2。并且采用EDX能譜線掃描分析表明厚膜與電極之間并不存在明顯的擴(kuò)散和滲透現(xiàn)象。本實(shí)驗(yàn)還嘗試了在不銹鋼和鈦基板制備壓電厚膜。
　　最終本實(shí)驗(yàn)成功制備了多層并聯(lián)壓電厚膜，五層并聯(lián)壓電厚膜的壓電常數(shù)、相對介電常數(shù)、介電損耗和剩余極化強(qiáng)度分別為1021pC/N，1167，1.92％和56.44μC/cm2。十一層并聯(lián)的壓電厚膜有著巨大的壓電常數(shù)(1883pC/N)

4、，在4kv/mm下的應(yīng)變?yōu)?.66％，并且要達(dá)到相同的位移所需要的驅(qū)動電壓從塊體材料的3072V降到了180V。這些優(yōu)越的性能充分說明，低溫共燒多層并聯(lián)壓電厚膜可以被應(yīng)用于微型致動器和傳感器等微電子系統(tǒng)的器件中。
　　而在流延法制備單層和多層壓電厚膜的過程中，主要研究了流延漿料的配制，燒結(jié)溫度和排膠升溫速率對厚膜結(jié)構(gòu)和性能的影響，得到的單層樣品的最佳壓電性能為258pC/N，三層樣品的為725pC/N，性能要略好于絲網(wǎng)印刷法制備出