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(dǎo)損耗、結(jié)構(gòu)損耗及松弛質(zhì)點(diǎn)的極化損耗等。較高的介電損耗會使壓電元件在工作時(shí)有很大部分的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽鸩牧贤藰O化，壓電性能喪失，甚至?xí)乖l(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(chǔ)上通過Fe2O3和BiFeO3摻雜改性，獲得同時(shí)兼具低介電損耗與高壓電性能的壓電陶瓷材料。研究結(jié)果表明，采用固相合成法于900℃預(yù)燒獲得的PMnS—PZN

2、—PZT陶瓷粉料，固相反應(yīng)完全，結(jié)晶度較高，具有單一的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)；以5％PVA作為粘結(jié)劑，采用加壓造粒法造粒，可以獲得粘結(jié)劑分散均勻、粉料顆粒流動性好的預(yù)壓料；采用1250℃～1270℃燒結(jié)，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(jié)構(gòu)與性能的影響及其變化規(guī)律。當(dāng)x=0.45時(shí)，晶體結(jié)構(gòu)位于三方、四方共存的準(zhǔn)同

3、型相區(qū)間偏四方相結(jié)構(gòu)區(qū)域，SEM測試表明采用上述工藝制備的材料結(jié)構(gòu)致密，此時(shí)，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(jié)構(gòu)與性能的影響及其變化規(guī)律。當(dāng)x=0.4時(shí)，材料位于偏四方相的準(zhǔn)同型相區(qū)間，晶粒生長較好，此時(shí)，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(shí)材料具有較大的應(yīng)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(zhì)點(diǎn)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(jié)構(gòu)致密、孔隙率低，降低了材料的結(jié)構(gòu)損耗。因此，F(xiàn)e2O3的摻