前驅(qū)體法制備PZT-ZrO-,2-納米復(fù)相陶瓷性能研究.pdf

1、PZT基壓電陶瓷在許多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。為了適應(yīng)現(xiàn)代應(yīng)用對壓電陶瓷力學(xué)性能和壓電性能提出的更高要求，本文采用前驅(qū)體法制備了PZT/ZrO2納米復(fù)相壓電陶瓷。通過引入少量納米第二相ZrO2粒子，PZT/ZrO2陶瓷的力學(xué)性能大幅度提高，同時壓電性能也能得到改善。
　　 改進(jìn)的聚合物法制備的B位前驅(qū)體(Zra+xTi1-a)0.98Nb0.02O2.01+1.96x、Zra+xTi1-aO2+2x(Zra+xTi1-a)0.985

2、Fe0.015O1.9925+1.97x與PbCO3通過固相發(fā)應(yīng)740℃/4h合成為亞穩(wěn)態(tài)的A位缺Pb的單相鈣鈦礦PZT粉末。TEM顯示，合成粉末粒徑小于100 nm。燒結(jié)過程中PZT晶粒將析出的ZrO2晶粒包裹起來，形成晶內(nèi)型PZT/ZrO2納米復(fù)相壓電陶瓷。通過XRD、SEM、EDS、TEM分析，發(fā)現(xiàn)并確認(rèn)了PZT基體中四方和單斜ZrO2粒子。TEM觀察到由于馬氏體相變和熱失配產(chǎn)生的應(yīng)力條紋和應(yīng)力斑，發(fā)現(xiàn)ZrO2粒子截斷電疇和使電疇

3、彎曲的現(xiàn)象。應(yīng)力場有效吸收裂紋擴(kuò)展能量，加之ZrO2粒子強(qiáng)化基體晶界，PZT/ZrO2納米復(fù)相陶瓷得到了強(qiáng)韌化。SEM顯示陶瓷斷裂模式隨ZrO2加入向穿晶斷裂模式轉(zhuǎn)變?？箯潖?qiáng)度和斷裂韌性隨ZrO2加入量增加提高明顯，1260℃/2 h燒成PZTN2(x=0.05)可達(dá)141.6 Mpa和2.3 Mpa ml/2。1260℃/2 h燒成的PZTN1和PZTN2體系及1250℃/2h燒成的PZTP1體系在加入ZrO2后主要壓電性能有升高，這

4、三個體系在加入ZrO2為2 mol％壓電性能最優(yōu)。對于PZTN2，x=0.00時主要性能指標(biāo)為：εT33/ε0=1464，tanδ=0.013，d33=246 pC N-1，Kp=0.50，Qm=88.2，σf=97.11 Mpa，KIC=1.07 Mpa ml/2，x=0.02時：εT33/ε0=1531，tanδ=0.013，d33=250 pC N-1，Kp=0.52，Qm=95.9，σf=116.27Mpa，KIC=1.44 M

5、pa ml/2。PZT/ZrO2納米復(fù)相壓電陶瓷的壓電性能不降反升與ZrO2粒子對基體的應(yīng)力有關(guān)。對比研究了鈮摻雜和鐵摻雜PZT/ZrO2陶瓷，發(fā)現(xiàn)鈮摻雜能夠提高介電性能的溫度穩(wěn)定性，同時使介電彌散性增強(qiáng)。鐵摻雜抑制晶粒生長，大幅度提高Qm值。1250℃/2 h燒成，PZTN3晶粒大于5μm，PZTF小于1μm。PZTF試樣可以在1180℃以上實現(xiàn)致密燒結(jié)。1230℃/2 h燒成的PZTN3(x=0.02)重要性能指標(biāo)：εεT33/ε0

6、=1864，tanδ=0.013，d33=377 pC N-1，Kp=0.59，Qm=97，d31=-156.4 pC N-1，K31=0.32，SE11=15.2×10-12m2N-1；1230℃/2 h燒成的PZTF(x=0.02)重要性能指標(biāo)：εT33/ε0=1174，tanδ=0.006，d33=290 pCN-1，Kp=0.48，Qm=360，d31=-98.25 pC N-1，K31=0.28，SE11=12.2×10-12