低溫燒結軟性PZT壓電陶瓷的制備及性能研究.pdf

1、壓電馬達是一種重要的壓電疊層器件,在微電子領域有著廣泛的應用。為了提高壓電馬達的響應速度和位移量,要求壓電陶瓷是具有較低機械品質因數(shù)的軟性壓電陶瓷。而軟性壓電陶瓷的低溫燒結一直是PZT陶瓷材料的難點。所以本文針對這一問題,選取Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-Pb(Zr,Ti)O3(PZN-PZT)體系壓電陶瓷作為研究對象,從陶瓷制備工藝,材料基本配方和氧化物摻雜改性這幾方面進行研究,從而達到提高陶瓷性能、降低陶瓷燒結溫度的目的。

2、>　　本文首先對材料的制備工藝進行研究,通過調節(jié)材料的預燒溫度,陶瓷的致密性和壓電性能提高明顯。通過改善材料的球磨工藝,球磨粉料的粒徑從0.91μm下降到了0.72μm,粉料粒徑低的樣品在燒結時具有更高的活性,因而球磨工藝的改善提高了陶瓷的鐵電性與壓電性。通過對不同生產廠家原料的使用,發(fā)現(xiàn)陶瓷的原材料對陶瓷性能也有較大的影響。最終,陶瓷制備工藝的改進提高了陶瓷的壓電性能,材料的壓電系數(shù)d33從340pC/N提升到527pC/N,平面機電

3、耦合系數(shù)k31從0.31提升到了0.37。
　　在確定陶瓷制備工藝的基礎上,本文討論了PZN-PZT的基本配方對材料性能的影響。通過 PZN-PZT陶瓷體系中鈮鋅酸鉛的含量的研究,明確了在0.3Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-0.7Pb(Zr,Ti)O3處陶瓷的性能達到最優(yōu)。之后改變PZN-PZT陶瓷的鋯鈦比,使材料位于準同型相界處。最后對陶瓷中Pb元素的含量進行研究,發(fā)現(xiàn)Pb元素含量在剛好滿足材料的化學計量比時性能最佳。

4、>　　明確了PZN-PZT陶瓷的基本配方后,本文研究了Li2CO3摻雜和Sm2O3摻雜對材料性能的影響。Li2CO3摻雜可以使材料的燒結溫度從1125℃下降到950℃,并且陶瓷的壓電性能沒有明顯的下降。但是,當陶瓷的燒結溫度低于950℃時,材料的壓電性能會大幅下降。Sm2O3摻雜可以提高900℃燒結的陶瓷樣品的壓電性能。最終,燒結溫度為900℃時陶瓷的最佳性能參數(shù)為:d33=483pC/N,k31=0.376,Qm=73.09,εr=2