BFO、PZT基壓電陶瓷及PZT基多層壓電陶瓷驅(qū)動器的制備和性能研究.pdf

1、本文首先通過國相反應法制備了(1-x)BiFeO3-xBi0.5K0.5TiO3(簡稱為(1-x)BFO-xBKT)與Pb0.92Sr0.06Ba0.02(Mg1/3Nb2/3)0.25Ti0.40Zr0.35O3(簡稱為PMN-PZT)陶瓷并研究了它們的微結(jié)構(gòu)和電學性能。通過在PMN-PZT原料中加入一定量的CuO顯著降低了陶瓷的燒結(jié)溫度，在900℃制備了具有PMN-PZT/Ag多層結(jié)構(gòu)的壓電陶瓷驅(qū)動器，并與粘接法制備的驅(qū)動器進行對比

2、，分析各自的特點。
　　首先，采用固相反應法制備(1-x)BFO-xBKT陶瓷，并探索Bi0.5K0.5TiO3含量對(1-x)BFO-xBKT陶瓷的結(jié)構(gòu)和電學性能的影響。當Bi0.5K0.5TiO3含量為x=0.4時，陶瓷形成準同型相界。此時，陶瓷的壓電常數(shù)d33高達61 pC/N，遠高于BiFeO3陶瓷，居里溫度為458℃。這表明0.6BFO-0.4BKT陶瓷在制備高溫環(huán)境下使用的多層壓電陶瓷驅(qū)動器上具有較大的潛力。
　

3、　其次，采用固相反應法制備PMN-PZT陶瓷，并探索燒結(jié)溫度對PMN-PZT陶瓷的結(jié)構(gòu)和電學性能的影響。在1250℃的燒結(jié)溫度下陶瓷具有更好的電學性能，壓電常數(shù)d33高達690 pC/N，居里溫度為200℃。由于PMN-PZT陶瓷的燒結(jié)溫度過高，本文在PMN-PZT陶瓷基礎(chǔ)上，添加了CuO燒結(jié)助劑做進一步的低溫燒結(jié)研究。實驗結(jié)果表明，CuO的添加降低了陶瓷的燒結(jié)溫度。在添加0.7wt％CuO之后，陶瓷的最優(yōu)燒結(jié)溫度從1250℃降低至90

4、0℃，并且具有630 pC/N的壓電常數(shù)，以及在40kV/cm的電場下實現(xiàn)0.28％的較大應變。這些性質(zhì)使其在制備大位移多層壓電陶瓷驅(qū)動器上具有較大的潛力。
　　最后，采用PMN-PZT:0.7wt％ CuO組分進行低溫共燒制備多層壓電陶瓷驅(qū)動器。同時與采用陶瓷片粘接法制備的多層壓電陶瓷驅(qū)動器進行對比。實驗結(jié)果表明，低溫共燒制備的多層壓電陶瓷驅(qū)動器，壓電陶瓷單元與銀層之間結(jié)合情況良好，沒有較大缺陷。壓電陶瓷單元厚度均勻，每個單元約

5、為70μm。內(nèi)電極層厚度均勻。縱向長度1.98 mm，橫截面積7.27×10.05mm的壓電驅(qū)動器在150 V的電壓下位移為2.24μm，約為驅(qū)動器長度的0.11％，推力為2.7 kN。粘接法制備的長20.01mm，橫截面積7.57×6.22mm的多層壓電驅(qū)動器在150 V的電壓下位移為17.9μm，約為驅(qū)動器長度的0.089％，推力為3kN。
　　總之，本文對于(1-x)BFO-xBKT陶瓷的研究使得制備高溫環(huán)境下使用的驅(qū)動器成