PMS-PZT三元系壓電陶瓷摻雜改性及其低溫?zé)Y(jié)性能研究.pdf

1、PMSPZT三元系壓電陶瓷摻雜改性三元系壓電陶瓷摻雜改性及其低溫?zé)Y(jié)性能研究低溫?zé)Y(jié)性能研究StudiesOnDopingLowtemperatureSinteringOfPMSPZTTernaryPiezoelectricCeramics學(xué)科專業(yè)：材料學(xué)研究生：吳濤指導(dǎo)教師：孫清池副教授天津大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院二零一二年十二月摘要近些年，隨著PZT基壓電陶瓷器件的廣泛應(yīng)用，大功率化和小型化已經(jīng)成為了一個(gè)重要的發(fā)展方向，例如：壓電陶瓷

2、變壓器、壓電超聲馬達(dá)等。銻錳鋯鈦酸鉛（PMSPZT）三元系陶瓷具有較好的壓電性能和良好的燒結(jié)性能，為了進(jìn)一步提高其各方面的綜合性能，在本實(shí)驗(yàn)中我們對其進(jìn)行了Sr、Mn的硬性摻雜改性、制備工藝的優(yōu)化和摻雜低溫?zé)Y(jié)助劑CuO的性能研究，以期獲得滿足在實(shí)際應(yīng)用要求的大功率壓電陶瓷體。采用傳統(tǒng)的固相燒結(jié)法制備了Pb1.04(Mn13Sb23)0.05Zr0.47Ti0.48O3xwt%SrCO3ywt%MnO2三元系壓電陶瓷（簡稱PMSPZT，

3、其中xy=0.3），研究了不同的SrMn含量比對其性能的影響，通過X射線衍射（XRD）對試樣的晶相進(jìn)行了分析，用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察了試樣的表面微觀結(jié)構(gòu)，并且討論了其壓電和介電性能，通過研究發(fā)現(xiàn)：在900℃煅燒，1180℃燒結(jié)保溫2h，當(dāng)SrMn=11時(shí)，得到綜合性能優(yōu)良的壓電陶瓷材料：壓電系數(shù)d33=320pCN、機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Kp=0.56、損耗tanδ=0.32%、相對介電常數(shù)ε33Tε0=1519和機(jī)電耦合系數(shù)Qm=208

4、0。在上一步得到的最佳的配方的前提下，研究了制備工藝對其壓電介電性能的影響，包括合成溫度、成型壓力、極化條件和B位先驅(qū)體法。通過對其各方面性能的研究表明，最佳的合成溫度、成型壓力分別為900℃和300MPa，最佳的極化電場、極化時(shí)間和極化溫度分別為3kvmm、15min和130℃，得到的綜合性能為：d33=315pCN，Kp=0.58，033??T=1570和tanδ=0.33%。隨后，又研究了B位先驅(qū)體法制備工藝，結(jié)果表明，采用B位先

5、驅(qū)體法可以降低燒結(jié)溫度，但同時(shí)也會(huì)惡化壓電陶瓷電性能。為了降低燒結(jié)溫度，盡量較少或者抑制PbO的揮發(fā)，我們在上述配方中摻雜了CuO，由于CuO和PbO可以形成低共熔物，促進(jìn)燒結(jié)的進(jìn)行，在較低的燒結(jié)溫度下就會(huì)達(dá)到陶瓷體的致密化。研究了不同CuO含量對其性能的影響，通過顯微結(jié)構(gòu)和相結(jié)構(gòu)的分析，結(jié)果表明：當(dāng)CuO的摻雜量為0.1wt.%，燒結(jié)溫度為925℃，可以得到綜合性能較佳的壓電陶瓷體，最佳的性能為：d33=289pCN、Kp=0.56、