低損耗PMnS-PZN-PZT壓電陶瓷的研究.pdf

1、壓電陶瓷在電場作用下由于發(fā)熱而造成能量損失，產(chǎn)生介電損耗。介電損耗包括電導損耗、結構損耗及松弛質點的極化損耗等。較高的介電損耗會使壓電元件在工作時有很大部分的電能轉變?yōu)闊崮?，引起材料退極化，壓電性能喪失，甚至會使元件發(fā)熱損壞。本文在具有較好壓電性能的PMnS—PZN—PZT體系陶瓷基礎上通過Fe2O3和BiFeO3摻雜改性，獲得同時兼具低介電損耗與高壓電性能的壓電陶瓷材料。研究結果表明，采用固相合成法于900℃預燒獲得的PMnS—PZN

2、—PZT陶瓷粉料，固相反應完全，結晶度較高，具有單一的鈣鈦礦結構；以5％PVA作為粘結劑，采用加壓造粒法造粒，可以獲得粘結劑分散均勻、粉料顆粒流動性好的預壓料；采用1250℃～1270℃燒結，保溫2h，可以獲得晶粒生長較好、晶粒尺寸為2～3μm、晶界清晰的陶瓷材料。 ⑴研究了Fe2O3摻雜對PMnS—PZN—PZT+x wt％ Fe2O3壓電陶瓷材料結構與性能的影響及其變化規(guī)律。當x=0.45時，晶體結構位于三方、四方共存的準同

3、型相區(qū)間偏四方相結構區(qū)域，SEM測試表明采用上述工藝制備的材料結構致密，此時，材料具有最佳的性能：tanδ=0.12％，kp=0.60,d33=356 pC·N-1，εT33/ε0=1966，Qm=745。并且材料具有較好的頻率溫度穩(wěn)定性。 ⑵研究了BiFeO3摻雜對PMnS—PZN—PZT+x wt％ BiFeO3壓電陶瓷材料結構與性能的影響及其變化規(guī)律。當x=0.4時，材料位于偏四方相的準同型相區(qū)間，晶粒生長較好，此時，材料

4、的最佳性能為：tanδ=0.2％，kp=0.60，g33=26.04，d33=433pC·N-1，εT33/ε0=1879，Qm=724。組裝成打火裝置后連續(xù)打火20次的平均放電量為902.4 nC。并且此時材料具有較大的應變量，約為0.544％。 ⑶由于PMnS—PZN—PZT材料為非弛豫型鐵電體，因此不存在松弛質點引起的極化損耗。合理的制備工藝及氧化物摻雜使得材料結構致密、孔隙率低，降低了材料的結構損耗。因此，F(xiàn)e2O3的摻