高性能弛豫型功能梯度壓電陶瓷彎曲驅動器的研究.pdf

1、鈮鎳酸鉛-鋯鈦酸鉛（分子式為Pb(Ni1/3Nb2/3)0.5(Ti0.7Zr0.3)0.5O3，簡稱0.5PNN-0.5PZT ）和鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛（分子式為Pb(Mg1/3Nb2/3)0.655Ti0.345O3，簡稱0.655PMN-0.345PT ）均為組分在準同型相界（MPB ）附近的鉛基弛豫型壓電陶瓷。本文采用傳統(tǒng)的固相反應法和流延成型法制備兩種壓電陶瓷，研究了預燒、燒結溫度等因素對陶瓷微觀結構及性能的影響，并對兩種方法制備

2、陶瓷的性能進行比較。同時，利用流延成型法制備兩種體系的功能梯度彎曲驅動器，并進行性能測試。主要內容如下：
　　 首先，利用傳統(tǒng)的固相反應法制備0.5PNN-0.5PZT 壓電陶瓷，其組分在MPB 附近，具有較高的壓電、介電性能。實驗分析了不同的燒結溫度下陶瓷的微觀結構和各項性能，研究結果表明在1200°C 燒結時陶瓷的性能最好，在此溫度下對應的各性能分別為：Tc=170.7°C，ρ=8.130g/cm 3，d33=708pC/N

3、，ε r=5.77×10 3，kp=0.5900，tan δ=0.0189，Pr=25.3069 μ C/cm 2。利用固相反應制備0.655PMN-0.345PT 壓電陶瓷時，為了抑制燒結過程中焦綠石相的生成，先利用前驅體法合成了MgNb2O6 前驅體。研究結果表明在925°C 預燒、1175°C 燒結時所得陶瓷的性能最好，在此條件下對應的各性能分別為：Tc=164.3°C，ρ=7.781g/cm 3，d33=632 pC/N，ε r

4、=3.63×10 3，kp=0.5914，tan δ=0.0143，Pr=29.0884 μ C/cm 2。
　　 其次，采用一種新的方法，即流延成型法，合成0.5PNN-0.5PZT 壓電陶瓷，研究燒結溫度對陶瓷顯微結構和性能的影響，在1225°C 燒結時陶瓷的性能最好，在此溫度下對應的各性能分別為：ρ=7.860 g/cm 3，d33=780 pC/N，ε r=6.18×10 3，kp=0.6012，tan δ=0.017，

5、Pr=26.36 46μ C/cm 2。
　　 同樣利用流延成型合成0.655PMN-0.345PT 陶瓷，分析微觀結構和性能隨燒結溫度的變化，在1200°C 燒結時陶瓷的性能最好，在此溫度下對應的各性能分別為：ρ=7.596 g/cm 3，d33=700 pC/N，ε r=4.77×10 3，kp=0.605，tan δ=0.014，Pr=30.6800 μ C/cm 2。此外實驗對比了兩種方法下制備的陶瓷性能，發(fā)現(xiàn)流延成型法

6、制備陶瓷的性能比傳統(tǒng)的固相合成法有較大提高。
　　 最后，利用流延成型法制備PNN-PZT 系及PMN-PT 系功能梯度彎曲驅動器，并對其進行性能測試。研究結果表明，兩個體系中四種組分陶瓷的壓電、介電性能均呈現(xiàn)梯度變化。當對PNN-PZT 系及PMN-PT 系功能梯度彎曲驅動器施加電壓時，驅動器自由端位移隨著驅動電壓的增加逐漸增加，且近似呈線性增長。
　　 感謝國家“863”高科技項目（2007AA03Z104 ）和江蘇