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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)成為了一個重要的發(fā)展方向,例如:壓電陶瓷
2、變壓器、壓電超聲馬達等。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,為了進一步提高其各方面的綜合性能,在本實驗中我們對其進行了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,得到綜合性能優(yōu)良的壓電陶瓷材料:壓電系數(shù)d33=320pCN、機械品質(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,但同時也會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,促進燒結(jié)的進行,在較低的燒結(jié)溫度下就會達到陶瓷體的致密化。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、
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