PZN-PZT多元系压电陶瓷的研究进展

PZN-PZT压电陶瓷由于具有优越的电学性能和较高的居里温度而成为目前研究与应用最为广泛的多元系压电陶瓷材料之一.本文主要介绍了其结构特点、改性方法及器件应用的研究进展,并展望了其发展趋势.     

预烧温度对0.363BiScO3-0.637PbTiO3高温压电陶瓷性能的影响

研究了不同预烧温度对反应烧结0.363BiScO3-0.637PbTi O3陶瓷的微观结构及压电介电性能的影响。根据0.363BiScO3-0.637PbTi O3的配方,通过热失重-差热分析判断Sc2O3、Bi2O3、Pb3O4、Ti O2粉末混合物分解、化合反应点和预烧温度范围;运用XRD、SEM研究了不同预烧温度下制备陶瓷样品的微观结构;通过压电介电性能测试,确定出最佳预烧工艺条件。结果表明,最佳的预烧条件为740℃保温2 h。经1 080℃、2 h烧成陶瓷的压电常数d33=308 pC/N,机电耦合系数kp=0.437,介电常数ε3T3/ε0=1 560,介电损耗tanδ=0.021,退极化温度TD=460℃。在此工艺条件下,该陶瓷性能优良、制备重复性好,在高温压电陶瓷传感器、换能器等方面显示出实用化前景。     

SrCO3掺杂对PZN-PZT低温压电陶瓷结构及性能的影响

采用固相法在900℃制备合成了Pb_(1-x)Sr_x(Zn_(1/3)Nb_(2/3))_(0.3 )O_3-(Zr_(0.49)Ti_(0.51))_(0.7)O_3(简写为PZN-PZT+xSrCO_3,x=0%,2%,4%,6%,8%)低温压电陶瓷。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和准静态压电常数测试仪、铁电测试仪系统地研究了Sr~(2+)取代A位的Pb~(2+)对PZN-PZT陶瓷的相结构、微观结构和电学性能的影响。结果表明,在选定SrCO_3掺杂浓度范围内,PZN-PZT陶瓷呈四方相晶体结构。随着x的增加,晶粒尺寸先增大后减小。掺杂摩尔分数4%的SrCO_3能有效提高PZN-PZT陶瓷的压电性能和铁电性能。当SrCO_3摩尔分数为4%时,PZN-PZT陶瓷有最佳的性能:d_(33)=496 pC/N,k_p=0.58,Q_m=40,T_C=244℃,ε_r=3000,P_r=32.80μC/cm~2,E_c=0.98 kV/mm。     

ZnO粉的预烧对ZnO陶瓷电性能的影响

本文研究了ZnO粉料的预烧对ZnO陶瓷的S-I关系曲线,阻性电流,阻性电流与频率、温度关系,冲击电流作用下V_(1mA)变化率及残压出的影响,测定了ZnO粉料预烧前后的平均粒径和比表面积,并对实验现象进行了初步理论探讨。     

压电陶瓷研制工艺对其频率温度稳定性的影响

本文报道了通过改进压电陶瓷的研制工艺达到控制其频率温度稳定性.     

热压和常压烧结PZN-PZT陶瓷的温度稳定性

采用热压烧结和常压烧结的方法制备了高压电性能的掺La0．3PZN-0．7PZT压电陶瓷，测定了二种试样的谐振频率、弹性柔顺系数、相对介电常数、介电损耗、机电耦合系数和压电应变常数等性能随温度的变化，并对实验结果进行了分析和讨论。实验结果表明，与常压烧结PZN-PZT陶瓷的性能相比，热压烧结试样的压电应变常数更高，温度稳定性更好。结构致密、纯度高有助于压电陶瓷材料温度稳定性的提高．     

常、热压烧结0.3PZN-0.7PZT压电陶瓷性能比较

分别采用传统烧结与热压烧结的方法制备出了 Pb0 .95 5 L a0 .0 3 (Zn1 / 3 Nb2 / 3 ) 0 .3 Zr0 .3 7Ti0 .3 3 O3 (0 .3PZN-0 .7PZT)改性三元系压电陶瓷材料 ,系统比较了二者的综合性能 ,并较为深入地探讨了其性能差异的原因。研究结果表明 ,热压烧结试样的综合性能明显高于传统烧结试样 ,而致密度高、钙钛矿相含量高是热压试样性能优越的主要原因。     

Ag掺杂PZN-PZT微观结构及电学性能影响

采用常规陶瓷工艺制备了0.2Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-0.8Pb(Zr0.5Ti0.5)O3(0.2PZN-0.8PZT)三元系陶瓷,系统研究了Ag掺杂对体系微观结构及电学性能的影响。结果表明,Ag在钙钛矿中的溶解限约为0.1%(质量分数)。低于溶解限,Ag以离子掺杂形式进入钙钛矿晶格置换A位的Pb2+,以受主掺杂机制影响体系电学性能;高于溶解限,过量的Ag以单质形式沉积在晶界,弥散分布在0.2PZN-0.8PZT相中。Ag单质使陶瓷体系形成复相结构,在烧结降温阶段产生内应力,改变了材料的电畴结构,并影响陶瓷的直流电阻率和压电性能。     

Nb2O5掺杂对PMN—PZT系压电陶瓷电性能的影响

从晶本结构和微观组织入手，分析并讨论了掺Ｎｂ２Ｏ５量对３７．５ＰｂＯ３－２５ＰｂＺｒＯ３－３７．５ＰｂＴｉＯ３材料的介电，压电性能的影响行为和影响机制。实验结果表明，当Ｎｂ２Ｏ５的添加量＝１％时，材料有最好的压电性能。     

低温烧结CuO改性PZT压电陶瓷性能研究

为了降低铅基压电陶瓷的烧结温度,采用传统固相法制备了CuO掺杂改性的Pb (Zr0.52Ti0.48)2O3 (PZT)二元压电陶瓷.研究了CuO掺杂对所制PZT陶瓷的结构和性能的影响.XRD显示随CuO掺杂量增加,特征峰向低角度移动,SEM显示烧结晶粒先增加后减小,CuO的加入促进了烧结.CuO和PbO生成低共熔物,...     

ZrO_2掺杂BaO-La_2O_3-TiO_2陶瓷预烧温度研究

采用固相反应法,在不同温度(1100~1250℃)下预烧后烧结制备了Ba4La9.33(Ti0.95Zr0.05)18O54微波介质陶瓷,研究了预烧温度对其相组成、显微结构以及微波介电性能的影响。结果表明:不同预烧温度下制备的陶瓷样品主晶相均为类钨青铜结构的BaLa2Ti4O12晶相。1200℃预烧制备的陶瓷样品晶粒为典型的柱状晶,分布均匀,且晶粒尺寸最大。1200℃预烧后,于1400℃烧结制备的陶瓷样品具有最佳的微波介电性能:εr=86.83,Q·f=5875GHz(4.482GHz),τf=81.99×10–6/℃。     

BGSPTx系高温压电陶瓷的结构及性能

把BiGaO3作为第三组元引入BiScO3-PbTiO3(BS-PT)体系,用氧化物合成法制备了0.155BiGaO3-(0.845-x)BiScO3-xPbTiO3(BGSPTx,x为0.54~0.58)压电陶瓷。XRD分析表明,BGSPTx具有钙钛矿结构,但同时存在微量的富铋相。三方–四方准同型相界(MPB)位于x为0.56附近。在MPB附近,BGSPTx陶瓷的d33,kp和Pr都达到最大值,分别为180pC/N,30%和18.5×10–6C/cm2。εr-t特性曲线测试表明,陶瓷在MPB附近居里温度tC高达494℃。     

激光辐照Ba0.5Sr1.5Na0.6K0.4Nb5O15压电陶瓷研究

采用CO2激光辐照方法,Ba0.5Sr1.5Na0.6K0.4Nb5O15(BSKNN)陶瓷压电性能得到显著提高。其最佳辐照工艺参数为:辐照功率密度Pmax=764.33 W/cm2,辐照时间t=90 s。与未辐照样品相比,激光辐照后BSKNN陶瓷压电常数有显著提高,d15从61.6 pC/N提高到了120.0 pC/N。采用X射线衍射和扫描电镜,分析了激光辐照BSKNN陶瓷的物相、显微结构和性能改变的机理。     

多路压电陶瓷驱动器电压实时监测系统设计

为了满足自适应光学系统中多路压电陶瓷高压驱动器输出电压实时监测、显示的需要,提出了基于高速单片机C8051F120的电压测量、显示和通讯系统设计方案。利用20路电压测量模块实现电压采集,通过ModBus RTU通讯协议对采集到的电压数据进行接收、处理和LCD液晶显示。详细介绍了液晶显示接口的硬件设计方案,电压测量模块与单片机的通信以及软件设计方法,通过实验验证了此液晶模块实时监测显示系统的良好效果。     

CuO/CeO_2共掺杂Ba_(0.85)Ca_(0.15)Zr_(0.1)Ti_(0.9)O_3无铅压电陶瓷性能研究

采用固相反应法制备了CuO、CeO2共掺杂Ba0.85Ca0.15Zr0.1Ti0.9O3(BCZT)无铅压电陶瓷,研究了CuO的掺杂量对所制陶瓷晶体结构、压电及介电性能的影响。结果表明:CuO的加入,进一步降低了预先经0.05%(质量分数)CeO2掺杂的BCZT陶瓷的烧结温度;在1 250℃烧结时,仍可获得纯钙钛矿结构的BCZT陶瓷。当CuO掺杂量为质量分数0.2%时,所制BCZT陶瓷具有最佳的压电性能:d33=370 pC/N,tC约为93℃,tanδ=0.0147。     

pH值和灼烧温度对Fe2O3粒子结构及磁性能的影响

以FeCl3为原料,尿素为添加剂,NaOH为pH值调节剂,采用sol-gel法制备出前驱体Fe(OH)3胶液。将其烘干、高温灼烧制备了磁性粒子Fe2O3。研究了pH值和灼烧温度对Fe2O3相成分和磁性能的影响。结果表明:当pH值为3,4,灼烧温度为450℃时,产物为高纯度γ-Fe2O3,饱和磁化强度Ms为12.8A·m2·kg-1;当pH值为7,灼烧温度为500℃时,产物是单相的α-Fe2O3,结晶完好,产物的饱和磁化强度Ms为3.1A·m2·kg-1。     

Sr取代量对PMNS-PZT压电陶瓷的影响

采用铌铁矿先驱体法制备了Pb1–xSrx(Zr0.505Ti0.495)0.95(Mn1/3Nb1/3Sb1/3)0.05O3(PMNS-PZT)四元系陶瓷,考察了Sr取代量对其结构和性能的影响。结果表明:所得PMNS-PZT陶瓷材料为完全的钙钛矿结构,且随着Sr取代量的增加,经历了从四方-三方相共存再到完全三方相的相变过程,其准同型相界区间位于x为0.01～0.03。Sr取代量的变化对样品的显微组织结构影响不大。当Sr2+的取代量x为3%时,kp为0.528,Qm为1587,d33为263pC/N,0Tε33/ε为1411,tanδ为0.35%,能满足大功率超声电机的要求。