PBSZT低損耗壓電陶瓷材料及其功率器件制備技術(shù)的研究.pdf

1、本文研究了大功率低損耗壓電陶瓷材料Pb1-a-bBaaSrb(Sn1/3Nb2/3)A(Zn1/3Nb2/3)B TiCZr1-A-B-CO3+xwt.[％]Mn(NO3)2+ywt.[％] Sb2O3(PBSZT)。系統(tǒng)研究了Sr、Ba的A位置換，Sb、Mn的摻雜對陶瓷性能的影響，對成型技術(shù)進行了研究。通過Zr/Ti調(diào)整，A位Ba、Sr置換，Mn、Sb摻雜制備出低損耗壓電陶瓷材料Pb0.9Ba0.05Sr0.05(Sn1/3Nb2/3

2、)0.06 (Zn1/3Nb2/3)0.06 Ti0.44Zr0.44O3+xwt.[％]Mn(NO3)2+ywt.[％]Sb2O3，研究了其低介電損耗和機械損耗。研究了燒結(jié)和極化工藝對陶瓷介電壓電性能的影響。由實驗得到，當Sb2O3摻雜量為0.2wt.[％]，而Mn(NO3)2的摻雜量為0.3wt.[％]時，得到最低的介電損耗tanδ([％])=0.27，其它指標分別為Qm＝817、Kp＝0.488、d33=293 pC?N-1和εr

3、=1746。當Sb2O3摻雜量為0.2wt.[％]，而Mn(NO3)2的摻雜量為0.5wt.[％]時，得到介電損耗tanδ([％])=0.39，其它指標分別為Qm＝2809、Kp＝0.5、d33=270 pC?N-1和εr=1664。前者適中的Qm，使其適于收發(fā)兩用的水聲換能器，后者高激勵特性更適于發(fā)射型水聲換能器的制備。鈷摻雜改性結(jié)果表明，與錳摻雜相比它對降低介電損耗的作用甚微，但大大提高了介電常數(shù)，在和錳復合摻雜下能較優(yōu)的降低介電損

4、耗；鈰的摻雜對降低損耗有一定的作用，并得到較優(yōu)的壓電性能。老化研究表明，在相同的條件下5mol[％]Ba和5mol[％]Sr復合A位置換制備的PBSZT陶瓷有較好的介電老化性能(介電常數(shù)變化率δεr為13.9[％])，研究表明這與其電疇結(jié)構(gòu)及其晶粒形貌有關(guān)；鈰摻雜陶瓷的老化性能得到改善，研究表明這是由于鈰摻雜帶來的空間電荷對電疇的“釘扎”作用。由燒結(jié)實驗研究得到的優(yōu)化燒結(jié)工藝為，以300℃/h的升溫速率到1250℃處保溫3h；極化實驗研

5、究得到的優(yōu)化燒結(jié)工藝為以120-140℃極化溫度、4-4.5kV/mm極化電場、保壓30min。
　　 本文系統(tǒng)研究了本體系的用凝膠注模成型技術(shù)。研究了凝膠注模成型工藝中分散劑聚甲基丙烯酸銨、漿料pH值和固相含量對穩(wěn)定漿料粘度的影響，實驗結(jié)果表明基丙烯酸銨分散劑最佳用量為陶瓷粉體質(zhì)量分數(shù)0.30[％]～0.45[％]、漿料最佳pH值為8.5～11.0，此時可制備體積分數(shù)為50vol[％]粘度小于1Pa·s適于凝膠注模的穩(wěn)定陶瓷漿

6、料。與干壓成型相比，凝膠注模成型的陶瓷有更好的微觀結(jié)構(gòu)。采用檸檬酸三銨作為分散劑的實驗表明，該分散劑也是一種有效的分散劑，但分散效果較聚甲基丙烯酸銨略差。實驗表明當用檸檬酸三銨作為分散劑時，當漿料pH值為10左右時，有較低的表觀粘度。該分散劑的最佳用量為PZT基粉體1.5～2.0wt.[％]，此時制備出固含量達50vol[％]的分散性好，粘度小于1Pa·s的穩(wěn)定陶瓷漿料，適于凝膠注模成型。采用干壓成型PBSZT時，得到較好的介電常數(shù)均勻

7、性(4.06[％])。在相同的燒結(jié)條件下，凝膠注模成型樣品的壓電介電性能分別為tanδ=0.25[％]，Qm＝579，Kp＝0.510，d33=330 pC?N-1和εr=1511；而干壓成型樣品的壓電介電性能分別為tanδ=0.47[％]，Qm＝2065，Kp＝0.515，d33=322 pC?N-1 and εr=1470。結(jié)果表明不同成型對Qm和介電損耗tanδ產(chǎn)生顯著的影響。對損耗機理和介電損耗的關(guān)聯(lián)性進行了研究表明，其關(guān)聯(lián)性決