中溫燒結(jié)鐠、鍶離子摻雜PNN-PZT系壓電陶瓷.pdf

1、本文選取鈮鎳一鋯鈦酸鉛(1-x)Pb(1-y-z)PrySrz(Zr1/2Ti1/2)O3-xPb(Ni1/3Nb2/3)O3(簡稱PZT-PNN)系統(tǒng)壓電陶瓷為研究對象，通過添加Pr6O11和SrCO3進行A位取代及制備工藝的改進，可以降低燒結(jié)溫度(從1250℃降到1150℃)，提高致密度(從7.60g/cm3提高到7.80g/cm3)和體積電阻率(從0.8×1012Ω·cm提高到1.2×1012Ω·cm)，材料的壓電介電性能也得到改

2、善。這些都使得PZT-PNN系統(tǒng)壓電陶瓷材料在制備獨石結(jié)構(gòu)的壓電陶瓷器件方面有一定的潛力。 通過X射線衍射(XRD)物相分析發(fā)現(xiàn)：在960℃/2h合成條件下，當Zr/Ti=0.5/0.5、PNN含量x=0.3時，三方相和四方相共存，系統(tǒng)處于準同型相界處，但當Zr/Ti=0.5/0.5，PNN含量x=0.2時，系統(tǒng)處于相界附近四方相一邊，居里溫度升高；掃描電子顯微鏡(SEM)分析發(fā)現(xiàn)：在1150℃/2h燒結(jié)條件下，當Pr6O11和

3、SrCO3摻雜量分別為0.02mol％和0.03mol％時，晶粒發(fā)育完整圓潤，堆積緊密，晶粒粒徑均在3～5μm之間，非常均勻。通過調(diào)整第三組元PNN和摻雜物Pr6O11和SrCO3的含量，實驗確定了最佳配方組成：0.8Pb0.95)Pr0.02 Sr0.03(Zr1/2Ti1/2)O3-0.2Pb(Ni1/3Nb2/3)O3。 本課題還研究了合成工藝、燒結(jié)工藝和極化工藝對陶瓷壓電介電性能的影響。合成溫度和燒結(jié)溫度對(1-x)Pb

4、(1-y-z)PrySrz(Zr1/2Ti1/2)O3-xPb(Ni1/3Nb2/3)O3壓電陶瓷性能有重要的影響，合成次數(shù)和保溫時間對該系統(tǒng)的性能影響較小，合成溫度在960℃/2h，燒結(jié)溫度在1150℃/2h時，得到綜合性能較佳的壓電材料。研究了極化工藝對該三元系壓電陶瓷性能的影響，確定的最佳極化條件為：3kV/mm的場強下，在100℃硅油中極化30min。 實驗結(jié)果表明，當Ti/Zr=0.5/0.5、PNN含量x=0.2和P

5、r6O11和SrCO3摻雜量分別為0.02mol％和0.03mol％時，在960℃合成保溫2h，1150℃燒結(jié)保溫2h的條件下，得到PZT-PNN系統(tǒng)壓電材料的最佳性能：壓電常數(shù)d33=530pC/N、體積密度g=7.87g/cm3，介電損耗tanδ=1.8％，相對介電常數(shù)εT33/ε0=3000，體積電阻率Pv=1.2×1012Ω·cm，機電耦合系數(shù)Kp=57.4％，d33、εT33/ε0及tanδ的老化率較低(10％以內(nèi))，居里溫度