中溫?zé)Y(jié)鐠、鍶離子摻雜PNN-PZT系壓電陶瓷.pdf

1、本文選取鈮鎳一鋯鈦酸鉛(1-x)Pb(1-y-z)PrySrz(Zr1/2Ti1/2)O3-xPb(Ni1/3Nb2/3)O3(簡(jiǎn)稱(chēng)PZT-PNN)系統(tǒng)壓電陶瓷為研究對(duì)象，通過(guò)添加Pr6O11和SrCO3進(jìn)行A位取代及制備工藝的改進(jìn)，可以降低燒結(jié)溫度(從1250℃降到1150℃)，提高致密度(從7.60g/cm3提高到7.80g/cm3)和體積電阻率(從0.8×1012Ω·cm提高到1.2×1012Ω·cm)，材料的壓電介電性能也得到改

2、善。這些都使得PZT-PNN系統(tǒng)壓電陶瓷材料在制備獨(dú)石結(jié)構(gòu)的壓電陶瓷器件方面有一定的潛力。 通過(guò)X射線衍射(XRD)物相分析發(fā)現(xiàn)：在960℃/2h合成條件下，當(dāng)Zr/Ti=0.5/0.5、PNN含量x=0.3時(shí)，三方相和四方相共存，系統(tǒng)處于準(zhǔn)同型相界處，但當(dāng)Zr/Ti=0.5/0.5，PNN含量x=0.2時(shí)，系統(tǒng)處于相界附近四方相一邊，居里溫度升高；掃描電子顯微鏡(SEM)分析發(fā)現(xiàn)：在1150℃/2h燒結(jié)條件下，當(dāng)Pr6O11和

3、SrCO3摻雜量分別為0.02mol％和0.03mol％時(shí)，晶粒發(fā)育完整圓潤(rùn)，堆積緊密，晶粒粒徑均在3～5μm之間，非常均勻。通過(guò)調(diào)整第三組元PNN和摻雜物Pr6O11和SrCO3的含量，實(shí)驗(yàn)確定了最佳配方組成：0.8Pb0.95)Pr0.02 Sr0.03(Zr1/2Ti1/2)O3-0.2Pb(Ni1/3Nb2/3)O3。 本課題還研究了合成工藝、燒結(jié)工藝和極化工藝對(duì)陶瓷壓電介電性能的影響。合成溫度和燒結(jié)溫度對(duì)(1-x)Pb

4、(1-y-z)PrySrz(Zr1/2Ti1/2)O3-xPb(Ni1/3Nb2/3)O3壓電陶瓷性能有重要的影響，合成次數(shù)和保溫時(shí)間對(duì)該系統(tǒng)的性能影響較小，合成溫度在960℃/2h，燒結(jié)溫度在1150℃/2h時(shí)，得到綜合性能較佳的壓電材料。研究了極化工藝對(duì)該三元系壓電陶瓷性能的影響，確定的最佳極化條件為：3kV/mm的場(chǎng)強(qiáng)下，在100℃硅油中極化30min。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)Ti/Zr=0.5/0.5、PNN含量x=0.2和P

5、r6O11和SrCO3摻雜量分別為0.02mol％和0.03mol％時(shí)，在960℃合成保溫2h，1150℃燒結(jié)保溫2h的條件下，得到PZT-PNN系統(tǒng)壓電材料的最佳性能：壓電常數(shù)d33=530pC/N、體積密度g=7.87g/cm3，介電損耗tanδ=1.8％，相對(duì)介電常數(shù)εT33/ε0=3000，體積電阻率Pv=1.2×1012Ω·cm，機(jī)電耦合系數(shù)Kp=57.4％，d33、εT33/ε0及tanδ的老化率較低(10％以?xún)?nèi))，居里溫度