Pb(Zr，Sn，Ti)O-,3-反鐵電陶瓷的制備及其電致應(yīng)變性能應(yīng)用研究.pdf

1、本文以Pb(Zr,Sn,Ti)O3反鐵電陶瓷的電致應(yīng)變性能及其應(yīng)用為對(duì)象，研究該體系中的合成制備—組成結(jié)構(gòu)—性能—應(yīng)用關(guān)系。根據(jù)改善原料混合均勻程度，同時(shí)兼顧合成機(jī)理的原則，設(shè)計(jì)了氧化物-共沉淀法和部分共沉淀法用于PZST反鐵電陶瓷的粉體合成。前者結(jié)合了固相反應(yīng)法和共沉淀方法的優(yōu)點(diǎn)，A位元素以氧化物形式引入，而B(niǎo)位采用共沉淀方式引入；后者B位仍采用共沉淀方式引入，而A位則以溶液形式引入，進(jìn)一步提高了原料的混合均勻程度。氧化

2、物-共沉淀法和部分共沉淀法合成的PZST粉體的致密燒結(jié)溫度降低到1150℃和1100℃，較固相法降低100℃和150℃。采用上兩種方法可獲得孔隙少、晶粒尺寸均勻的良好微觀結(jié)構(gòu)。兩種方法的最佳晶粒尺寸均為4～5μm，在6kV/mm下的最大電致應(yīng)變量分別為0.39％和0.38％，高于固相反應(yīng)法的0.22％。PZST反鐵電陶瓷的電性能隨組成改變呈現(xiàn)規(guī)律性變化。當(dāng)Zr含量不變，隨Sn/Ti比的提高，介電常數(shù)下降，居里峰降低展寬，居里溫

3、度基本不隨Sn/Ti比變化；介質(zhì)損耗隨Sn/Ti比的提高而降低；電滯回線和電致應(yīng)變呈現(xiàn)從鐵電態(tài)到反鐵電態(tài)的變化的過(guò)程。當(dāng)Ti含量不變，隨Zr/Sn比的降低，居里溫度向低溫方向移動(dòng)，同時(shí)介電峰出現(xiàn)展寬；介質(zhì)損耗也隨Zr/Sn比的降低而降低。當(dāng)處于反鐵電態(tài)時(shí)，隨Sn/Ti比的提高，反鐵電—鐵電相變場(chǎng)強(qiáng)增大。分別采用Nd對(duì)PbLa(Zr,Sn,Ti)O3和Ba對(duì)PbNb(Zr,Sn,Ti)O3的電致應(yīng)變性能進(jìn)行優(yōu)化。在Pb0.9

4、7Nd0.02(Zr0.65Sn0.23Ti0.12)O3組成中，用2％mol Nd3+取代pb2+，相變場(chǎng)強(qiáng)EAFE-FE降低至3.5lkV/mm，6kV/mm下最大應(yīng)變提高到0.66％。在組成為(Pb0.95Ba0.04)[Nt0.02(Zr0.57Sn0.38Ti0.05)0.98]O3的樣品中，隨Ba2+取代量的提高，樣品的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗上升，介電峰尖銳，相變溫度下降、介質(zhì)損耗上升。同時(shí)，原處于反鐵電態(tài)的樣品逐漸轉(zhuǎn)變

5、為鐵電態(tài)，相變場(chǎng)強(qiáng)EAFEFE降低。當(dāng)Ba2+的取代量為4％mol時(shí)，EAFE-FE降低為3kV/mm，電致應(yīng)變?yōu)?.35％。采用維氏硬度和壓痕斷裂力學(xué)測(cè)試方法研究制備方法對(duì)PZST力學(xué)性能的影響及力學(xué)性能的提高。采用部分化學(xué)法和固相反應(yīng)法制備的樣品維氏硬度相當(dāng)，但前者由于微觀結(jié)構(gòu)校好，其斷裂韌性高于后者。采用ZrO2顆粒彌散增強(qiáng)，當(dāng)引入ZrO2含量為2％mol時(shí)，PZST的維氏硬度較增強(qiáng)前提高42.2％，斷裂韌性提高49.

6、9％。隨著ZrO2含量的提高，維氏硬度和斷裂韌性呈下降趨勢(shì)。采用溶膠包覆方法時(shí)，PZST的為硬度在包覆量為15％mol時(shí)達(dá)到最大值，斷裂韌性在包覆量為10％時(shí)達(dá)到最大值，分別比包覆前提高61.6％和25.5％。然后隨包覆量的提高，維氏硬度和斷裂韌性呈下降趨勢(shì)；溶膠包覆法對(duì)PZST的硬度提高效果顯著，但對(duì)斷裂韌性的提高則較為有限。采用XRD研究了Pd/Ag內(nèi)電極與PZST形成的共燒多層結(jié)構(gòu)中的界面反應(yīng)。高溫共燒后，Pd與PZS

7、T中產(chǎn)生的Pb生成組成為Pd3Pb的合金。Pd3Pb的生成量與內(nèi)電極中Pd的含量有關(guān)。由于Pd/Ag電極與PZST反應(yīng)生成了Pd3Pb，出現(xiàn)介電常數(shù)下降，損耗增加。采用Pd30/Ag70電極雖然介電常數(shù)有下降，但損耗無(wú)明顯變化，而Pd70/Ag30電極介電常數(shù)下降的同時(shí)，損耗顯著增大。采用流延法制備了PZST多層相變致動(dòng)器，瓷膜單層厚度40μm，有效層數(shù)20層，內(nèi)電極采用Pd30/Ag70漿料，在1100℃下共燒而成，內(nèi)電極圖