PNW-PMS-PZT压电陶瓷准同型相界的压电性能研究

采用传统陶瓷工艺制备了PNW—PMS—PZT四元系压电陶瓷,分析了陶瓷样品的相结构组成,结果表明,所有陶瓷样品的相结构为纯钙钛矿相结构;研究了室温下PMS含量,PNW 含量和Zr/Ti的变化对准同型相界的影响规律,实验表明随着PMS、PNW含量和Zr/Ti的增加,材料体系逐渐由四方相向三方相过渡,获得了处于准同型相界附近的材料组成:PMS 的含量在5—6mol%、PNW的含量在2—3mol%、PZT的含量在91—93mol%、Zr/Ti的变化靠近50/50,同时具有高的机电性能.     

铌镁酸铋-钛酸铅压电陶瓷准同型相界附近的性能和相变温度研究

利用传统固相烧结法制备了Bi(Mg_2/3Nb_1/3)O₃-PbTiO₃(BMN-PT)压电陶瓷, 分析了不同PbTiO₃含量对BMN-PT压电陶瓷的晶体结构、介电、压电及铁电性能的影响. XRD结果表明: 合成的BMN-PT陶瓷具有纯钙钛矿结构, 并且在PbTiO₃含量为x=0.60时, 其组分的XRD图谱在衍射角2θ=45°出现明显的分峰, 说明该组分相结构中存在三方和四方相的共存. 压电铁电性能显示, BMN-0.60PT有最大的压电常数d₃₃(~170pC/N)和平面机电耦合系数k_p(0.35), 最小的矫顽场E_c(29.4 kV/cm)及最大的剩余极化P_r(31.4 μC/cm²). 确定了BMN-PT压电陶瓷的准同型相界(MPB)为PbTiO₃含量x=0.60的组分. 介电系数温谱表明介电系数峰值温度(Tm)随着PbTiO₃含量的增大而升高, MPB组分的Tm约为276℃.     

具有新型准同型相界的多元系无铅压电陶瓷的研究

汲取了锆钛酸铅材料在改性工艺中采用多元体系的工艺途径的经验,开发具有新型准同型相界的碱金属铌(钽和锑)酸盐为基的无铅压电组成。考虑到新型无铅压电陶瓷的开发在很大程度上受制于同时具有高居里点和四方结构的铁电相的有限选择的事实,在碱金属铌(钽和锑)酸盐的基础上添加另一铁电组元,从而形成具有新的准同型相界的多元系的高性能的无铅压电组成。研究了这些新的固溶体系的烧结特性,电性能的组成依赖性,成功地制备了具有自主知识产权的高性能的无铅压电新组成。     

弛豫型铁电体在准同型相界的压电性能

ＰＭＮ、ＰＺＮ、ＰＮＮ 等弛豫型铁电体与ＰＴ 形成的固溶体在准同型相界附近具有良好的压电性能。在ＰＭＮ、ＰＺＮ 的单晶材料中,ｋｐ 高达９２ ％ ,ｄ３３ 达到１５００ｐＣ／ Ｎ, 在以ＰＭＮ、ＰＺＮ、ＰＮＮ 为基的陶瓷材料中,ｄ３３ 分别达到６９０ｐＣ／ Ｎ、６８０ｐＣ／Ｎ 和５４０ｐＣ／ Ｎ,Ｑｍ 在１００ 左右。这类材料的共同特点是机电耦合系数和压电系数较大,而品质因数较小,在压电换能器和致动器领域具有很好的应用前景。     

驰豫型铁电本在准同型相界的压电性能

ＰＭＮ、ＰＺＮ、ＰＮＮ等驰豫型铁电体与ＰＴ形成的溶体在准间型相界附近具有良好的压是性能。在ＰＭＮ、ＰＺＮ的单晶材料中,Ｋｐ高达９２％,ｄ３３达到１５００ＰＣ／Ｎ,在以ＰＭＮ,ＰＺＮ、ＰＮＮ为基的陶瓷材料中,ｄ３３分别达到６９０ＰＮＣ／Ｎ和５４０ＰＣ／Ｎ,Ｑｍ在１００左右,这类材料的共同特点是机电耦合系数和压电系数较大,而品质因数较小,在压电换能器和致返回顺领域具有很好的应用前景。     

三元陶瓷Pb(In1/2Nb1/2)O3-Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-PbTiO3准同型相界附近组分的介电、铁电和压电性能

铅基复合钙钛矿铁电材料广泛应用于机电传感器、致动器和换能器。二元铁电固溶体Pb(Ni_1/3Nb_2/3)O₃- PbTiO₃(PNN-PT)由于其在准同型相界(MPB)区域具有优异的压电、介电性能而备受关注。然而较大的介电损耗和较低的居里温度限制了其在高温高功率器件方面的应用。本研究通过引入Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃ (PIN)作为第三组元改善PNN-PT的电学性能, 提高其居里温度; 通过两步法合成了MPB区域的三元铁电陶瓷Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃- Pb(Ni_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃ (PIN-PNN-PT), 研究了其结构、介电、铁电和压电性能。制备的所有组分陶瓷具有纯的钙钛矿结构。随着PT含量的增加, 陶瓷结构从三方相转变为四方相。通过XRD分析得到了室温下PIN-PNN-PT体系的MPB相图。体系的居里温度由于PIN的加入得到了很大的提高, 更重要的是PIN的引入降低了PNN-PT体系的介电损耗和电导。MPB处的组分展现出了优异的电学性能, 室温下, 性能最优组分为0.30PIN-0.33PNN-0.37PT: d₃₃=417 pC/N, T_C=200 ℃, ε′= 3206, tanδ=0.033, P_r=33.5 μC/cm², E_C=14.1 kV/cm。引入PNN-PT的PIN第三组元使得体系的居里温度和压电性得到提高的同时降低了的介电损耗和电导率, 因此, PIN-PNN-PT三元铁电陶瓷在高温高功率换能器等方面具备一定的应用潜力。     

In3+、Ga3+掺杂BSPT高温压电陶瓷的研究

将BiGaO3和BiInO3分别引入BiScO3-PbTiO3(BSPT)体系,并通过氧化物合成法制备了0.075BiGaO3-(0.925-x)BiScO3-xPbTiO3(SPTx, x=0.58～0.62)和0.075BiInO3-(0.925-x)BiScO3-xPbTiO3(BISPTx, x=0.61～0.65)压电陶瓷.X射线衍射分析表明,BiGaO3和BiInO3的替换掺杂均不影响BSPT体系的钙钛矿结构.随着PbTiO3含量的增加,SPTx和BISPTx陶瓷由三方钙钛矿结构逐渐变到四方结构,其三方-四方准同型相界分别位于x=0.60和x=0.62附近.在准同型相界附近,SPTx陶瓷的压电常数d33,机电耦合系数kp为分别为350pC/N和52.0%,而BISPTx的d33高达475pC/N,kp为52.3%.介电常数的温度特性测试表明,掺入Ga3+可以有效地提升BSPT体系的居里温度,其MPB组分(x=0.60)居里温度高达472℃,而掺入In3+对BSPT体系的居里温度影响则不明显.     

准同型相界附近PZT压电陶瓷电致疲劳性能研究

研究了准同型相界(morphotropic phase boundary 简称MPB)附近不同组分的锆钛酸铅(PZT)压电陶瓷在交流电场下的电致疲劳特性.发现电场频率对材料的电致疲劳性能有较大影响.高频电场下不同组分PZT材料的疲劳现象均不明显;低频电场下,不同组分的PZT材料疲劳特性差异较大.分析认为氧空位及其缔合缺陷偶极子在不同频率交变电场下的响应差异是其主要原因.拉曼光谱分析表明,低频疲劳后准同型相界区材料中部分菱方相转变为四方相,使其抗疲劳性能下降.     

Bi(Mg_(1/2)Ti_(1/2))O_3-PbTiO_3压电陶瓷体系介电与居里温度特性研究

采用传统固相法工艺制备了(1-x)Bi(Mg1/2Ti1/2)O3-x Pb Ti O3(BMT-x PT,0.34≤x≤0.44)陶瓷。研究发现,随着PT含量增加,试样结构由三方相逐渐转变为四方相结构,当0.36x0.40时,试样结构处于准同型相界(MPB)区。研究表明BMT组元是一种具有非铁电体特征的组分,随着PT含量减少,BMT-PT体系的居里温度减小,介电峰变得越来越不明显。通过研究BMT-PT体系组分与居里温度(TC)的关系可以看出:(1)PT含量为0.34~0.44时,TC随BMT含量变化实验值和Stringer的经验值差异较小,变化趋势一致;(2)BMT-PT体系居里温度最大值可能在x=0.73的附近,其居里温度最大值TC max约为550℃。     

PSN-PZN-PZT四元系压电陶瓷的研究

采用传统的固相烧结方法制备了Pb(Sn_1/3Nb_2/3)O₃-Pb(Zn_1/3Nb_2/3)O₃-PbZrO₃-PbTiO₃(PSN-PZN-PZT)四元系压电陶瓷, 并通过添加MnO₂、Sb₂O₃和Cr₂O₃以及改变Zr/Ti比来达到提高K _p和Q _m的目的. 同时也对Zr/Ti比对材料温度稳定性的影响进行了分析. 实验结果表明: 在960℃的预烧温度、1240℃的烧成温度下, 添加少量的MnO₂、Sb₂O₃和一部分Cr掺杂, 得到综合性能优良的压电材料: 室温下介电常数ξ₃₃^T/ξ₀=1669, 压电常数d₃₃=285×10^-12C/N, 机械品质因数Q _m=2179, 机电耦合系数K _p=54.9%, 介电损耗tanδ=0.4%. 可以满足超声马达和压电变压器等应用方面的要求.     

铌镁酸铅-钛酸铅陶瓷介电与压电性能的研究

用二步合成法制备了（１－ｘ）Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３－ｘＰｂＴｉＯ３原料,并制成了纯钙钛矿结构压电陶瓷。研究三方－四主相界附近组份及工艺与性能的关系。材料以１２００℃附近保温１５０ｍｉｎ为佳。材料性能表明,有希望成为新型压电陶瓷。     

Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-PbTiO3系统准同型相界附近的介电异常

用两步合成法制备了（１－ｘ）Ｐｂ（Ｎｉ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３－ｘＰｂＴｉＯ３（ｘ＝０．３０－０．４０）陶瓷,对其相结构和介电性能进行了研究。ＸＲＤ分析表明,准同型相界在ＰＴ含量ｘ＝０．３４－０．３８范围内。介电性能研究结果表明,组成在准同型相界处的试样,其介电常数呈现最大值,同时还发现,准同型相界处的陶瓷出现介电双峰,其中一个为驰豫型铁电相向顺电相转变的相变峰;另一个介电峰处于１３０－１５０℃的高     

高性能铌镁酸铅-钛酸铅定向压电陶瓷的研究

用定向凝固技术制备了择优方向为[112]的0．70Pb(Mg1／3Nb2／3)O3—0．30PbTiO3高性能定向压电陶瓷．该陶瓷[112]方向的取向度约为35％，准静态压电常数d33约为1500～1600pC／N，耦合系数κt～0．51，κ33～0．82，22kV／cm时的场致应变约为0．23％。     

(1-x)CaTiO3-xLi1/2Sm1/2TiO3陶瓷的微波介电性能研究

采用固相法制备了(1-x)CaTiO_3-x(Li_1/2Sm_1/2)TiO3系列微波介质陶瓷材料, 研究了该体系的相组成、烧结性能和微波介电性能之间的关系. 结果表明: 在x=0.1～0.9mol范围内, (1-x)CaTiO_3-x(Li_1/2Sm_1/2)TiO₃ 体系均形成了单一的斜方钙钛矿结构; x=0.1～0.5和x=0.6～0.9组分的最佳烧结温度分别为1250和1300℃; 介电常数ε_r、无载品质因数与谐振频率乘积Qf值、谐振频率温度系数τ_f均随着x的增大而减小. 当x=0.7时, 1300℃下保温5h烧结得到的材料的微波介电性能为: ε_r=116.5, Qf=3254GHz, τ_f=42.43×10^-6/℃.     

烧结温度对PMS-PZT系陶瓷显微结构和压电性能的研究

研究了不同烧结温度对Pb(Mn1／3Sb2／3)O3-PbZrO3-PbTiO3(PMS—PZT)系压电陶瓷显微结构和压电性能的影响．实验结果表明：在1240℃、2h条件下烧结，能获得最优的综合性能：Cr=1530、d33=374、Kp=0．6、tanδ=0．41％、Qm=1250，可以满足压电变压器和超声马达等大功率场合下的使用要求．与此同时，当烧结温度为1100-1150℃时，材料仍然具有良好的压电性能：Cr=1370、d33=348、Kp=0．57、tanδ=0．62％、Qm=1620(1150℃)，因此可以作为中低温烧结的多层器件用厚膜材料．高温显微镜、SEM、TEM和EDS等研究表明，PMS—PZT系陶瓷具有很宽的烧结温度区域，特别是中低温烧结时仍能成瓷并具有高的压电性能，主要是因为PbO和Sb2O5在较低烧结温度下(1100℃)能够形成过渡液相促进陶瓷烧结，随着烧结温度的升高，它们能够重新进入晶格形成单一钙钛矿结构．     

NbO3-LiNbO3无铅压电陶瓷的烧结特性和压电性能研究

采用传统陶瓷烧结工艺制备了（1-x）（K0．5Na0．5）NbO3-xLiNbO3无铅压电陶瓷，研究了陶瓷的结构、烧结特性及电性能特征．制备的（K0．5Na0．5）NbO3-LiNbO3陶瓷为单一的钙钦矿结构，室温下其相结构随LiNbO3含量增加逐渐由正交相向四方相转变，显微结构也由于LiNbO3含量的不同而表现出很大差异．与（K0．5Na0．5）NbO3陶瓷相比，（K0．5Na0．5）NbO3-LiNbO3陶瓷的烧结温度降低，烧结特性得到改善．（K0．5Na0．5）NbO3-LiNbO3陶瓷表现出优越的压电性能，其中0．94（K0．5Na0．5）NbO3—0．06LiNbO3（x=0．06）陶瓷的压电常数d33达到205pC／N，机电耦合系数kp为40．3％，kt达到49．8％．     

Mn掺杂(K 0.5 Na 0.5 ) 0.96 Sr 0.02 NbO3无铅压电陶瓷的研究

采用常压烧结方法制备了Mn掺杂的（K0.5Na0.5）0.96Sr0.02Nb1-xMnxO3无铅压电陶瓷.研究了Mn含量对该体系材料的相组成、微观结构、介电、压电和热稳定性能的影响.XRD表明随着Mn含量的增加,体系由正交相过渡到赝四方相;而且,富Na的第二相消失,得到纯净的钙钛矿相结构.在Mn含量为x=0.03和0.04时,观察到了两个温度（200和390℃）处的介电反常,这和晶格畸变引起的复晶胞结构有关.Mn含量为x=0.02时,得到综合性能优良的压电超声换能器用材料：介电常数ε^T33/ε0=479,压电常数d33=121pC/N,机电耦合系数Kp=41%,机械品质因子Qm=298,介电损耗tanδ=1.6%,居里温度Tc=391℃,谐振频率αfr和机电耦合系数Kp随温度的变化率αfr（80℃）和αKp（80℃）分别为-1.85%和1.19%.