低溫?zé)Y(jié)制備PZT壓電陶瓷及其性能研究.pdf

1、壓電陶瓷材料是一種能夠?qū)C(jī)械能和電能相互轉(zhuǎn)換的功能陶瓷，在諧振器、傳感器、超聲換能器、驅(qū)動(dòng)器、濾波器、電子點(diǎn)火器等方面有著廣泛的應(yīng)用。PZT壓電陶瓷因其具有良好的介電和壓電性能，一直以來(lái)都占據(jù)著壓電陶瓷領(lǐng)域的主導(dǎo)地位。但是傳統(tǒng)的固相燒結(jié)法的燒結(jié)溫度高，造成氧化鉛的大量揮發(fā)，從而引起化學(xué)計(jì)量比的偏離，性能的下降，環(huán)境的污染。在提倡低碳環(huán)保的今天，通過(guò)低溫?zé)Y(jié)技術(shù)來(lái)降低氧化鉛的揮發(fā)顯得越來(lái)越重要和必要。
　　 通過(guò)選取組成處于準(zhǔn)同型

2、相界(MPB)附近的PbZr0.52Ti0.48O3作為研究對(duì)象，結(jié)合傳統(tǒng)固相燒結(jié)法制備PZT壓電陶瓷的優(yōu)缺點(diǎn)，改變傳統(tǒng)的氧化物原料，提出兩種低溫制備PZT壓電陶瓷的新方法。重點(diǎn)研究了以乙酸鉛、偏鈦酸、碳酸鋯和草酸為原料的低溫制備新工藝，討論研磨時(shí)間、Zr/Ti比、預(yù)燒溫度和終燒溫度四個(gè)因素對(duì)本工藝的影響。通過(guò)分析TG-DTA、XRD、SEM和樣品的電性能，確定較佳的工藝條件是在Zr/Ti=0.40/0.60下，研磨12h，在750℃預(yù)

3、燒2h，在950℃下終燒2h，此時(shí)制備得到的PZT陶瓷的相對(duì)介電系數(shù)和壓電系數(shù)均為最大值:εr=824，tanδ=0.986％，d33=372pC/N。研究表明，此新方法對(duì)制備PZT壓電陶瓷是行之有效的，并且樣品的電性能略高于傳統(tǒng)固相法制備得到PZT壓電陶瓷的性能，而且成本低廉，工藝簡(jiǎn)單，燒結(jié)溫度低，具有工業(yè)應(yīng)用價(jià)值，是一種具有巨大發(fā)展?jié)摿Φ吞季G色環(huán)保的新工藝。
　　 在以乙酸鉛為原料的基礎(chǔ)上，再次提出以堿式碳酸鉛、偏鈦酸、碳酸

4、鋯和草酸為原料低溫制備PZT壓電陶瓷的新工藝。通過(guò)分析XRD圖譜的物相分析，當(dāng)Pb∶Zr∶Ti低于0.9∶0.40∶0.60，在920℃制備的PZT陶瓷沒(méi)有雜峰，與PZT的標(biāo)準(zhǔn)卡片特征峰基本重合，主要生成四方相。進(jìn)一步討論堿式碳酸鉛加入量對(duì)性能的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)Pb∶ Zr∶ Ti=0.80∶0.40∶0.60時(shí)，此工藝制備得到的PZT壓電陶瓷性能最好:εr=484, tanδ=0.14％, d33=92 pC/N。
　　 為了進(jìn)一

5、步改善PZT壓電陶瓷的電性能，本文研究了CeO2摻雜量對(duì)PZT壓電陶瓷性能的影響。結(jié)果表明，摻雜CeO2能夠提高PZT壓電陶瓷的電性能，但隨著CeO2摻雜量的增加，介電常數(shù)和壓電系數(shù)先變大后減小，而介電損耗先減小后變大，這主要取決于Ce3+離子是取代PZT陶瓷中的A位引起鉛空位還是取代B位引起氧空位。當(dāng)摻雜量為0.6wt％時(shí)，相對(duì)介電常數(shù)和壓電系數(shù)取得最大值:εr=934， d33=397，而摻雜量為0.8wt％時(shí)，介電損耗最小:tan