PMS-PZT三元系壓電陶瓷摻雜改性及其低溫燒結性能研究.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燒結性能研究低溫燒結性能研究StudiesOnDopingLowtemperatureSinteringOfPMSPZTTernaryPiezoelectricCeramics學科專業(yè)：材料學研究生：吳濤指導教師：孫清池副教授天津大學材料科學與工程學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)化和摻雜低溫燒結助劑CuO的性能研究，以期獲得滿足在實際應用要求的大功率壓電陶瓷體。采用傳統(tǒng)的固相燒結法制備了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構，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℃燒結保溫2h，當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位先驅體法制備工藝，結果表明，采用B位先

5、驅體法可以降低燒結溫度，但同時也會惡化壓電陶瓷電性能。為了降低燒結溫度，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，促進燒結的進行，在較低的燒結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，通過顯微結構和相結構的分析，結果表明：當CuO的摻雜量為0.1wt.%，燒結溫度為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、