四元系PMMN压电陶瓷改性、低温烧结及叠层压电耦合器的研制

摘要

本文选择四元系固溶体铌镁铌锰锆钛酸铅(PMMN),对其进行掺杂改性及低温烧结研究,并采用低温烧结改性PMMN压电材料研制叠层压电陶瓷耦合器。PMMN四元系压电陶瓷材料组成为：Pb(Mg1/3Nb2/3)0.04(Mn1/3Nb2/3)0.04Ti0.46Zr0.46O3采用MgO作为掺杂改性剂,试验结果表明MgO的最佳掺杂量为0.25wt％,此时材料具有优良的介电压电性能。1130℃烧结2小时陶瓷的性能参数为：以3=310 pC/N,Qm=1008,Kp=0.61,εT33/ε0=1494,tanδ=0.34％,是一种中温烧结功率型压电陶瓷材料。 对改性后的PMMN四元系压电陶瓷材料添加适量的低温烧结剂CdO,SiO2,基本保持了基方的压电介电性能,且使其烧结温度降至1000℃以下,980℃烧结4小时陶瓷的性能参数为：以d33=300pC/N,Qm=800,K=0.58,εT33/ε0=1250,tanδ=0.34％。确定出用于制作叠层压电陶瓷耦合器的材料配方为：Pb(Mg1/3Nb2/3)0.04(Mn1/3Nb2/3)0.04Ti0.46Zr0.46O3+0.25wt％MgO+0.8wt％CdO+0.1 wt％SiO2利用上述材料成功研制出三层和五层的叠层压电陶瓷耦合器。对研制成功的叠层压电陶瓷耦合器进行基本电学性能测试,表明该耦合器具有良好的频率特性,阻抗特性及温度稳定性,满足小型化固体继电器的要求,且装贴面积较单片压电陶瓷耦合器明显减小,可适应表面组装技术(SMT)的需要,具有实用价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1低温烧结铅系压电陶瓷材料及其应用

1.1.1多元系压电陶瓷材料的研究进展

1.1.2低温烧结铅系压电材料的研究意义

1.1.3实现铅系压电陶瓷低温烧结的基本方法

1.1.4低温烧结铅系压电陶瓷材料在叠层器件中的应用

1.2压电陶瓷耦合器在固体继电器中的应用

1.3本课题的选题依据和主要研究内容

2 PMMN四元系压电陶瓷材料的掺杂改性和低温烧结研究

2.1 PMMN四元系压电陶瓷材料的制备和性能测试

2.1.1 PMMN四元系压电陶瓷材料制备工艺

2.1.2材料结构分析与性能测试

2.2材料配方的确定

2.3 MgO掺杂对PMMN四元系压电陶瓷结构与性能的影响

2.3.1 MgO掺杂对压电介电性能的影响

2.3.2陶瓷的相结构与显微组织形貌分析

2.3.3 MgO对抑制焦绿石相的影响

2.3.4 MgO抑制焦绿石相的机理

2.4 PMMN四元系压电陶瓷的低温烧结研究

2.5本章小结

3叠层压电陶瓷耦合器的研制

3.1片式压电陶瓷耦合器的工作原理和等效电路

3.1.1工作原理

3.1.2等效电路

3.2叠层压电耦合器的结构设计

3.3叠层压电耦合器的制作工艺

3.3.1瓷料的制备

3.3.2膜片成型

3.3.3被敷内电极

3.3.4叠片整形与排胶

3.3.5低温共烧

3.3.6被敷外电极及极化

3.4本章小节

4叠层压电耦合器的基本电学性能测试

4.1测量电路

4.2基本电学性能测试

4.3本章小结

结论

参考文献

附录

致谢