PMS-PZT三元系压电陶瓷掺杂改性及其低温烧结性能研究

摘要

近些年,随着 PZT基压电陶瓷器件的广泛应用,大功率化和小型化已经成为了一个重要的发展方向,例如:压电陶瓷变压器、压电超声马达等。锑锰锆钛酸铅(PMS-PZT)三元系陶瓷具有较好的压电性能和良好的烧结性能,为了进一步提高其各方面的综合性能,在本实验中我们对其进行了Sr、Mn的硬性掺杂改性、制备工艺的优化和掺杂低温烧结助剂 CuO的性能研究,以期获得满足在实际应用要求的大功率压电陶瓷体。
　　采用传统的固相烧结法制备了 Pb1.04(Mn1/3Sb2/3)0.05Zr0.47Ti0.48O3+x wt％SrCO3+y wt%MnO2三元系压电陶瓷(简称PMS-PZT,其中x+y=0.3),研究了不同的Sr/Mn含量比对其性能的影响,通过X射线衍射(XRD)对试样的晶相进行了分析,用扫描电子显微镜(SEM)观察了试样的表面微观结构,并且讨论了其压电和介电性能,通过研究发现:在900℃煅烧,1180℃烧结保温2h,当Sr/Mn=1/1时,得到综合性能优良的压电陶瓷材料:压电系数 d33=320pC/N、机械品质因数 Kp=0.56、损耗 tanδ=0.32%、相对介电常数ε33T/ε0=1519和机电耦合系数 Qm=2080。
　　在上一步得到的最佳的配方的前提下,研究了制备工艺对其压电介电性能的影响,包括合成温度、成型压力、极化条件和B位先驱体法。通过对其各方面性能的研究表明,最佳的合成温度、成型压力分别为900℃和300MPa,最佳的极化电场、极化时间和极化温度分别为3kv/mm、15min和130℃,得到的综合性能为:d33=315pC/N,Kp=0.58,?T33?0=1570和tanδ=0.33%。随后,又研究了B位先驱体法制备工艺,结果表明,采用B位先驱体法可以降低烧结温度,但同时也会恶化压电陶瓷电性能。
　　为了降低烧结温度,尽量较少或者抑制PbO的挥发,我们在上述配方中掺杂了CuO,由于CuO和PbO可以形成低共熔物,促进烧结的进行,在较低的烧结温度下就会达到陶瓷体的致密化。研究了不同 CuO含量对其性能的影响,通过显微结构和相结构的分析,结果表明:当CuO的掺杂量为0.1wt.%,烧结温度为925℃,可以得到综合性能较佳的压电陶瓷体,最佳的性能为:d33=289pC/N、Kp=0.56、ε33T/ε0=1621、tanδ=0.41%、Tc=260℃。

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第一章绪 论

1.1 前言

1.2 PZT基压电陶瓷基本概述

1.3压电陶瓷的低温烧结

1.4 大功率压电陶瓷变压器

第二章 实验过程和测试

2.1 实验工艺过程

2.2压电陶瓷的结构与性能测试方法

第三章 锶、锰掺杂PMS-PZT陶瓷的制备和性能研究

3.1 Sr、Mn含量对PMS-PZT性能的影响

3.3 本章小结

第四章 PMS-PZT制备工艺的优化

4.1合成温度

4.2成型压力

4.3 极化条件

4.4 B位前驱体对压电陶瓷性能影响

4.5 本章小结

第五章 CuO掺杂对PMS-PZT低温性能的研究

5.1 XRD相图分析

5.2 密度和显微结构分析

5.3介电、压电性能分析

5.4 本章小结

第六章 结 论

参考文献

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