低溫?zé)Y(jié)軟性PZT壓電陶瓷的制備及性能研究.pdf

1、壓電馬達(dá)是一種重要的壓電疊層器件,在微電子領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。為了提高壓電馬達(dá)的響應(yīng)速度和位移量,要求壓電陶瓷是具有較低機(jī)械品質(zhì)因數(shù)的軟性壓電陶瓷。而軟性壓電陶瓷的低溫?zé)Y(jié)一直是PZT陶瓷材料的難點(diǎn)。所以本文針對(duì)這一問(wèn)題,選取Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-Pb(Zr,Ti)O3(PZN-PZT)體系壓電陶瓷作為研究對(duì)象,從陶瓷制備工藝,材料基本配方和氧化物摻雜改性這幾方面進(jìn)行研究,從而達(dá)到提高陶瓷性能、降低陶瓷燒結(jié)溫度的目的。

2、>　　本文首先對(duì)材料的制備工藝進(jìn)行研究,通過(guò)調(diào)節(jié)材料的預(yù)燒溫度,陶瓷的致密性和壓電性能提高明顯。通過(guò)改善材料的球磨工藝,球磨粉料的粒徑從0.91μm下降到了0.72μm,粉料粒徑低的樣品在燒結(jié)時(shí)具有更高的活性,因而球磨工藝的改善提高了陶瓷的鐵電性與壓電性。通過(guò)對(duì)不同生產(chǎn)廠家原料的使用,發(fā)現(xiàn)陶瓷的原材料對(duì)陶瓷性能也有較大的影響。最終,陶瓷制備工藝的改進(jìn)提高了陶瓷的壓電性能,材料的壓電系數(shù)d33從340pC/N提升到527pC/N,平面機(jī)電

3、耦合系數(shù)k31從0.31提升到了0.37。
　　在確定陶瓷制備工藝的基礎(chǔ)上,本文討論了PZN-PZT的基本配方對(duì)材料性能的影響。通過(guò) PZN-PZT陶瓷體系中鈮鋅酸鉛的含量的研究,明確了在0.3Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-0.7Pb(Zr,Ti)O3處陶瓷的性能達(dá)到最優(yōu)。之后改變PZN-PZT陶瓷的鋯鈦比,使材料位于準(zhǔn)同型相界處。最后對(duì)陶瓷中Pb元素的含量進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)Pb元素含量在剛好滿足材料的化學(xué)計(jì)量比時(shí)性能最佳。

4、>　　明確了PZN-PZT陶瓷的基本配方后,本文研究了Li2CO3摻雜和Sm2O3摻雜對(duì)材料性能的影響。Li2CO3摻雜可以使材料的燒結(jié)溫度從1125℃下降到950℃,并且陶瓷的壓電性能沒(méi)有明顯的下降。但是,當(dāng)陶瓷的燒結(jié)溫度低于950℃時(shí),材料的壓電性能會(huì)大幅下降。Sm2O3摻雜可以提高900℃燒結(jié)的陶瓷樣品的壓電性能。最終,燒結(jié)溫度為900℃時(shí)陶瓷的最佳性能參數(shù)為:d33=483pC/N,k31=0.376,Qm=73.09,εr=2