PSN-PZN-PZT四元系压电陶瓷的性能研究

摘要

本文采用传统的固相烧结方法制备了Pb(Sn<1/3>Nb<,2/3>)O<,3>-Pb(Zn<,1/3>Nb<,2/3>)O<,3>-PbZrO<,3>-PbTiO<,3>(PSN-PZN-PZT)四元系压电陶瓷,并通过添加MnO<,2>、8b<,2>O<,3>、Cr<,2>O<,3>和SrCO<,3>、BaCO<,3>以提高材料的性能.通过X射线衍射(XRD)对合成后材料的晶相进行了分析,用扫描电子显微镜(SEM)观察了样品表面的显微结构,并且讨论了组成和烧结温度对材料介电、压电性能以及温度稳定性的影响.通过研究Zr/Ti比对Cr掺杂PSN-PZN-PZT系统性能的影响发现:三方相和四方相共存的准同型相界位于一个很宽的组成范围内；在960℃的煅烧温度、1260℃的烧结温度且保温2h的条件下,当Zr/Ti=44/44时,得到综合性能优良的压电材料:相对介电常数ε<,33><'T>/ε<,0>=1665,介电损耗tanδ=0.4﹪,压电常数d<,33>=314pC/N,机电耦合系数Kp=57.8﹪,机械品质因数Q<,m>=2614,居里温度T<,c>=279℃；随着Zr/Ti比的增大,谐振频率的温度系数由正变为负,在Zr/Ti=44/44时获得最小值(TKf<,r>-1.1×10-4/℃),反映了四方相向三方相的转变.此外,研究了Sr含量和Zr/Ti比对sr、Ba掺杂PSN-PZN-PZT四元系统介电、压电性能的影响.Sr部分置换Pb使得组成从三方相通过准同型相界向四方相移动,极大地降低了居里温度且增大了介电半高宽值.在960℃的煅烧温度、1260℃的烧结温度且保温2h的条件下,当Sr=0.02,Zr/Ti=44/44时,系统的综合性能最佳:ε<,33><'T>/ε<,0>=1381,tanδ=0.4﹪,d<,33>=295pC/N,K<,p>=61.5﹪,Q<,m>=1447,Tc=254℃:Sr的引入提高了系统的温度稳定性,-25～80℃的谐振频率平均温度系数TKf<,r>=3.0×10<'-5>/℃.

目录

文摘

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第一章绪论

1.1前言

1.2文献综述

1.2.1压电效应及其产生机理

1.2.2压电陶瓷的介电性与介电常数

1.2.3压电陶瓷的主要性能参数

1.2.4压电陶瓷的稳定性

1.2.5掺杂改性

1.2.6复合钙钛矿氧化物与多元系压电陶瓷

1.2.7课题的提出

第二章实验过程及测试

2.1原料及设备

2.2实验准备

2.3工艺选取

2.4性能测试及仪器装置

2.4.1相对介电常数ε33T/ε0及介电损耗tanδ

2.4.2压电应变常数d33

2.4.3机电耦合系数Kp和机械品质因素Qm

2.4.4居里温度TC

2.4.5显微结构及相组成

2.4.6温度稳定性

第三章实验结果与讨论

3.1 Cr掺杂PSN-PZN-PZT四元系压电陶瓷材料性能的研究

3.1.1物相分析

3.1.2显微结构分析

3.1.3介电和压电性能

3.1.4居里温度

3.1.5温度稳定性

3.1.6烧结温度

3.2 Sr、Ba掺杂PSN-PZN-PZT四元系压电陶瓷材料性能的研究

3.2.1Sr含量的影响

3.2.2 Zr/Ti比的影响

第四章结论

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢