大功率基PMSZT壓電陶瓷的機(jī)電性能及穩(wěn)定性研究.pdf

1、大功率壓電陶瓷要求材料不但在強(qiáng)場(chǎng)下有小的介質(zhì)損耗,大的機(jī)械品質(zhì)因數(shù),同時(shí)兼?zhèn)湟欢ǖ膲弘姵?shù)和機(jī)電耦合系數(shù).另外在壓電器件的使用過程中,要求陶瓷的溫度和時(shí)間穩(wěn)定性要好.為了實(shí)現(xiàn)上述性能要求,本文研究了鋯鈦比,硬性添加物MnO<,2>,Ni<,2>O<,3>,軟性添加物Nb<,2>O<,5>,Pr<,6>O<,11>和兩性添加物Cr<,2>O<,3>對(duì)于組成在準(zhǔn)同型相界的Pb<,a>(Mn<,1/3>Sb<,2/3>)<,x>Zr<,y>T

2、i<,1-x-y>O<,3>(PMSZT)壓電陶瓷的機(jī)電性能及穩(wěn)定性的影響.并探討了其溫度穩(wěn)定性和時(shí)間穩(wěn)定性的機(jī)理.另外通過加入NiW添加劑對(duì)PMSZT進(jìn)行了低溫?zé)Y(jié)的研究. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,對(duì)于Pb<,a>(Mn<,1/3>Sb<,2/3>)<,x>Zr<,y>Ti<,1-x-y>O<,3>壓電陶瓷,準(zhǔn)同型相界位于x=0.05,y=0.47附近；鉛含量a=1.02時(shí),Pb<,1.02>(Mn<,1/3>Sb<,2/3>)<,0.

3、05>Zr<,0.47>Ti<,0.48>O<,3>機(jī)電性能最佳:ε<'T><,33>/ε<,0>=1350,d<,33>=320pC/N,Kp=62﹪,Qm=2400,tan8=0.0029.對(duì)于鋯含量y=0.47的準(zhǔn)同型相界處,諧振頻率的相對(duì)變化率較小.-25～80℃溫度范圍內(nèi),fr,K<,31>和d<,31>的平均溫度系數(shù)分別為,TCf<,r>142×10<'-6>/℃,TCK<,31>=-0.086﹪/℃,TCd<,31>=0.

4、118﹪/℃.適量的軟性,硬性及兩性離子摻雜,優(yōu)化了PMSZI三元系陶瓷的介電和壓電性能.綜合考慮離子摻雜對(duì)機(jī)電性能及穩(wěn)定性的共同影響發(fā)現(xiàn),錳摻雜較其它鎳,鈮,鐠和鉻摻雜更為優(yōu)良.機(jī)電性能較好的錳過量0.1 wt﹪的組成,-25～80℃溫度范圍內(nèi)的f<,r>,K<,31>和d<,31>平均溫度系數(shù)分別為72×10<'-6>/℃,-0.027﹪/℃,0.100﹪/℃,未摻雜相比要小.鎳摻雜較其它的錳,鈮,鐠和鉻離子摻雜更為明顯的提高該體系

5、的機(jī)電性能.該組成對(duì)機(jī)電耦合系數(shù)和壓電常數(shù)的溫度穩(wěn)定性有所改善,但對(duì)于諧振頻率溫度穩(wěn)定性改善不大.鉻摻雜量小于0.6wt﹪的樣品,f<,r>,K<,31>和d<,31>的溫度穩(wěn)定性變好,可以改善體系的溫度穩(wěn)定性.但機(jī)電性能稍差.摻雜量達(dá)到0.6wt﹪時(shí),機(jī)電性能較其它的摻雜要好,但TCf<,r>較大. PMS-0.01 PNW-0.94PZT體系不僅可以使材料的燒結(jié)溫度降低到1090℃,而且壓電性能優(yōu)良,溫度穩(wěn)定性良好,ε<'T

6、><,33>/ε<,0>=1560,tanδ=0.005,K<,p>=0.665,Q<,m>=1900,d<,33>=360 pC/N,TCf<,r>=20×10<'-6>/℃,TCKp=-0.010﹪/℃,TCd<,31>=-0.078﹪/℃. 通過研究鋯含量對(duì)PMSZT老化性能的影響發(fā)現(xiàn),三方相區(qū)的組成其諧振頻率fr隨著時(shí)問延長是降低的,介電常數(shù)是增加的,這和一般的壓電陶瓷表現(xiàn)恰恰相反.本文證實(shí)了對(duì)三方相組成確實(shí)存在這樣的變