PMMN-PZT四元系压电陶瓷材料的研究

研究了铌镁酸铅铌锰酸铅锆钛酸铅(PMMN-PZT)四元系统压电陶瓷材料的配方、工艺条件及对各项性能指标的影响。在相界附近研究了四种不同配方的PMMN-PZT压电陶瓷,通过SEM观察、性能测试、居里温度表征等手段,确定了较佳的配方组成、材料的烧结温度及极化制度。研究表明:所得PMMN-PZT压电陶瓷的较佳组成为0.06Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.06Pb(Mn1/3Nb2/3)O3-0.44PbZrO3-0.44PbTiO3+0.2%质量分数的CeO2,适宜的烧结温度为1200,极化电场为3000V/mm,极化温度为150。所制备的压电陶瓷的相对介电常数33T/0为1100;介质损耗tg为0.004;压电常数d33为290?0-12C/N,g33为28.0?0-3Vm/N;机电耦合系数kP为0.55;机械品质因数Qm为1200。     

A位取代对PZN-PNN-PZT压电陶瓷性能的影响

以固态氧化物为原料,采用固态合成工艺制备Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-Pb(ZrTi)O3(PZN-PNN-PZT)压电陶瓷,并研究了锆钛比(r(Zr)/r(Ti))、Ba2+的A位取代及Ba2+、La3+的A位复合取代对压电陶瓷电性能的影响。结果表明,PZN-PNN-PZT压电陶瓷在r(Zr)/r(Ti)=1.03下,进行Ba2+,La3+的A位复合取代后,即式子在Pb0.92Ba0.04La0.04(Ni1/3Nb2/3)y(Zn1/3Nb2/3)z Zrm Tin O3时压电性能最佳,其介电常数εT33/ε0=5 657,压电常数d33=709pC/N,机电耦合系数kp=0.69,品质因数Qm=45,居里温度TC=180.9℃。     

A位取代对PZN-PNN-PZT压电陶瓷性能的影响

以固态氧化物为原料,采用固态合成工艺制备Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-Pb(ZrTi)O3(PZN-PNN-PZT)压电陶瓷,并研究了锆钛比(r(Zr)/r(Ti))、Ba2+的A位取代及Ba2+、La3+的A位复合取代对压电陶瓷电性能的影响。结果表明,PZN-PNN-PZT压电陶瓷在r(Zr)/r(Ti)=1.03下,进行Ba2+,La3+的A位复合取代后,即式子在Pb0.92Ba0.04La0.04(Ni1/3Nb2/3)y(Zn1/3Nb2/3)z Zrm Tin O3时压电性能最佳,其介电常数εT33/ε0=5 657,压电常数d33=709pC/N,机电耦合系数kp=0.69,品质因数Qm=45,居里温度TC=180.9℃。     

本刊"病例讨论"栏目征稿

采用传统电子陶瓷工艺制备了(Pb1-xCax)1.05(Nb0.95Ti0.05)2O6(x＝0、0.045、0.055、0.065)高温压电陶瓷,研究了Ca和Ti对陶瓷的显微组织、相结构、介电及压电性能的影响,得到了Ca取代量与(Pb1-xCax)1.05(Nb0.95Ti0.05)2O6陶瓷性能间的关系.X-射线衍射(XRD)分析表明,Ca和Ti的双位取代均形成正交铁电相,而相同方法制备纯的PbNb2O6,只能得到菱方非铁电相钨青铜结构,随着Ca的摩尔分数增加,晶胞体积减小.介电温谱测试表明该改性材料具有高居里温度(TC＞530 ℃). 当x(Ca)=0.055时,得到压电常数d33=86 pC/N、平面机电耦合系数kp=0.32、机械品质因数Qm=31.9、TC=536 ℃的陶瓷样品,材料可在高温(500 ℃)环境下使用.     

SiO2对低温烧结PMSZT压电陶瓷性能的影响

探讨了低温烧结时SiO2掺杂对锑锰锆钛酸铅Pb(Mn1/3Sb2/3)0.05Zr0.47Ti0.48O3(PMSZT)压电陶瓷性能的影响,通过X-射线衍射及扫描电镜分析Pb(Mn1/3Sb2/3)0.05Zr0.47Ti0.48O3 w(SiO2)(w=0.05%~0.30%,质量分数)陶瓷的相组成和显微结构。结果表明,合成温度900℃时,可得到钙钛矿结构。w(SiO2)不同时PMSZT试样均为四方相和三方相共存,随着w(SiO2)的增加,三方相在准同型相界中的比例略有增加。当w(SiO2)=0.10%时,得到电性能优良的压电陶瓷,相对介电常数3Tε3/0ε=1 290,介质损耗tanδ=0.4%,压电常数d33=264 pC/N,机电耦合系数kp=0.59,机械品质因数Qm=3 113。SiO2的加入使PMSZT陶瓷的居里温度降低,谐振频率随温度的变化几乎都是正。     

低频窄带压电陶瓷滤波器材料的研究

采用传统的压电陶瓷制备方法,研究锆钛比(r(Zr/Ti)、掺杂、烧成工艺对低频窄带Pb(Zn1/3Nb2/3)x(Sn1/3Nb2/3)yTiAZrBO3四元系压电陶瓷性能的影响,并研究压电振子的杂波抑制方法。结果表明,r(Zr/Ti)为0.71,w(MnO2)=0.5%时,材料的性能达到最佳:机械品质因数Qm=2 600,机电耦合系数k15=0.43,频率温度系数τf=29×10-6/℃;倒去振子两对角的棱角,可以有效地抑制低频厚度切变振动模式的杂波。     

铅锰锑系压电陶瓷介电性研究

采用预合成及掺杂适量MnO2等工艺制备了钙钛矿结构为主的压电陶瓷材料Pb（Mn1/3Sb2/3)x(Zn1/3Nb2/3)y(Zr0.535Ti0.465)1-x-yO3,此材料具有机电耦合系数高、介质损耗小、介电常数与机械品质因数适中的特点。引入MnO3使其成为单一的钙态矿结构,并且提高了材料的介电与压电性能。     

SiO_2掺杂低温烧结PMMNS压电陶瓷的结构和性能

采用固相二步合成法制备SiO2掺杂Pb(Mg1/3Nb2/3)0.05(Mn1/3Nb2/3)0.04(Mn1/3Sb2/3)0.01Zr0.45Ti0.45O3(PMMNS)压电陶瓷,探讨了不同SiO2掺杂量对陶瓷样品的相结构和机电性能的影响。结果表明:在烧结温度为980℃时,可以得到纯钙钛矿结构PMMNS陶瓷。SiO2的加入,明显降低了PMMNS陶瓷的烧结温度。当SiO2的掺杂量为质量分数0.10%时,所得性能最佳:kp=0.51,d33=323pC/N,Qm=1475,tanδ=0.0038和εr=1762。     

低损耗、高Q_m值Pb(Nb_(2/3)Mn_(1/3))O_3-Pb(Sb_(2/3)Mn_(1/3))O_3-PZT材料

研究了组分变化及掺杂对四元系 Pb( Nb2 /3Mn1 /3) O3- Pb( Sb2 /3Mn1 /3) O3- PZT压电材料性能的影响 ,发现 Zr/Ti比值在准同型相界附近该材料有最大的压电常数 d33,而机械品质因数 Qm 值较小 ;Zr/Ti比偏离该相界时则机械品质因数 Qm 升高 ,相应的压电常数 d33减小。通过改变 Pb( Nb2 /3Mn1 /3) O3、Pb( Sb2 /3Mn1 /3) O3两组分的含量及掺入 Sr、Ce等杂质 ,获得的材料介电损耗为 0 .14 % ,机械品质因数为 2 3 4 1,压电常数为 2 16p C/N。     

PBSZT压电陶瓷机械损耗和介电损耗的研究

为探索Pb0.9Ba0.05Sr0.05(Sn1/3Nb2/3)0.06(Zn1/3Nb2/3)0.06Ti0.44Zr0.44O3 0.5%Sb2O3 0.5%Mn(NO3)2(质量分数)铅基压电陶瓷材料的损耗机理,进行成型工艺、烧结工艺的实验研究,实验制备的凝胶注模成型样品得到较低的介电损耗tan δ为0.25%,而干压成型得到更大的品质因数Qm为2 065.从微观结构角度来看,机械损耗主要依赖陶瓷微观结构的致密性,而tan δ较多的依赖于陶瓷结构的均匀性.     

Thickness Dependent Properties of Relaxor-PbTiO(3) Ferroelectrics for Ultrasonic Transducers

The electrical properties of Pb(Mg(1/3)Nb(2/3))O(3)-PbTiO(3) (PMN-PT) based polycrystalline ceramics and single crystals were investigated as a function of scale ranging from 500 microns to 30 microns. Fine-grained PMN-PT ceramics exhibited comparable dielectric and piezoelectric properties to their coarse-grained counterpart in the low frequency range (<10 MHz), but offered greater mechanical strength and improved property stability with decreasing thickness, corresponding to higher operating frequencies (>40 MHz). For PMN-PT single crystals, however, the dielectric and electromechanical properties degraded with decreasing thickness, while ternary Pb(In(1/2)Nb(1/2))O(3)-Pb(Mg(1/3)Nb(2/3))O(3)-PbTiO(3) (PIN-PMN-PT) exhibited minimal size dependent behavior. The origin of property degradation of PMN-PT crystals was further studied by investigating the dielectric permittivity at high temperatures, and domain observations using optical polarized light microscopy. The results demonstrated that the thickness dependent properties of relaxor-PT ferroelectrics are closely related to the domain size with respect to the associated macroscopic scale of the samples.     

铌镁酸铅-钛酸铅铁电体准同型相界附近的压电性能研究

采用固相合成法制备了准同型相界附近的PMN-PT铁电陶瓷,对其介电和压电性能进行了研究,并讨论了不同掺杂对陶瓷的晶粒尺寸,介电常数,压电系数和机电耦合系数的影响,分析了不同掺杂取代位置对陶瓷的介电和压电性能的影响。发现这一体系陶瓷材料的压电性能与其晶粒的大小有一定的对应关系,同时在这一体系的掺杂后的影响可以较好地用传统PZT系统中的软硬掺杂解释。     

烧结温度对CFO/PMN-PT磁电复合陶瓷性能的影响

采用传统固相法制备了质量比为1∶4的CoFe2O4/Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.35PbTiO3(CFO/PMN-PT)磁电复合陶瓷,研究了烧结温度(900～1100℃)对所制复合陶瓷性能的影响。结果表明,复合陶瓷中尖晶石结构的CFO与钙钛矿结构的PMN-PT共存,没有其他杂相生成,复合陶瓷的密度以及压电常数d33在1000℃时达到最大值,分别为7.07g/cm3和212pC/N。磁电电压系数αE33随烧结温度的增加逐渐增大,在1100℃烧结时达到最大值8.4mV/A,而磁电电压系数αE31随烧结温度的增加先增大后减小,在1000℃烧结时达到最大值4.8mV/A。     

准同型相界附近PMN-PT材料的制备和性能

对铁电菱方(FR)-铁电四方(FT)准同型相界附近的铌镁酸铅(PMN)-钛酸铅(PT)材料制备方法和介电、压电和热释电性能进行了系统的研究：     

Promotion of piezoelectric properties of lead zirconate titanate ceramics with (Zr,Ti) partially replaced by Nb2O5

This study investigated the correlation of sintering effects on piezoelectric properties of Nb modified lead zirconate titanate (PZT) piezoceramics produced by the conventional solid reaction sintering. Samples were prepared at a composition Zr/Ti=53/47, contiguous to a morphotropic phase boundary (MPB) for 1 mol% Nb₂O₅. Replacement of Ti⁺⁴ by Nb⁺⁵ in such perovskite type solid solutions was accomplished by the creation of cation vacancies. These created vacancies seemed to facilitate material transport and benefit sintering. Calcined at 850 °C/2 h and sintered at 1250 °C/2 h, the PZT ceramics yielded a minimum value of the mechanical quality factor (Q_m) 50, and exhibited a maximum electromechanical coupling factor κ_p 0.62, in accordance with the relationship between the mechanical quality factor and electromechanical coupling factor. In addition, during the sintering process a piezoelectric charge constant at d₃₃ was found to be of 385 pC/N. It was noted that the fundamental resonance frequency was around 200 kHz, which was suitable for piezoelectric nebulizer (fluid atomizer), ultrasonic cleaning transducer applications.     

Bi改性铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的温度稳定性

铌酸钾钠基压电陶瓷(Na0.53K0.41Li0.06)Nb0.955Sb0.045O3的正交–四方多型相变在室温附近,具有良好的压电性能,但其温度稳定性很差。通过掺杂Bi2O3,使该陶瓷的正交–四方多型相变温度tO-T从15℃降低到了–9℃,同时保持了较高的居里温度tC(368℃),从而显著改善了其压电性能的温度稳定性。由于Bi3+施主掺杂作用和Sb5+较强的电负性,改性后的陶瓷保持了优良的电学性能:d33=213pC/N,kp=0.441,ε3T3=1319,tanδ=0.016。     

关于无铅压电陶瓷及其应用的几个问题

综合分析无铅压电陶瓷在压电陶瓷材料中的地位,指出要想让无铅压电陶瓷完全取代铅基压电陶瓷在现阶段是不可能的,但对大量的压电中端应用和低端应用,无铅压电陶瓷材料与器件大有用武之地;给出了目前无铅压电陶瓷研究的主要体系,包括BaTiO3基无铅压电陶瓷、Bi1/2Na1/2TiO3(BNT)基无铅压电陶瓷和铌酸盐系无铅压电陶瓷;分析了当前无铅压电陶瓷研究开发应注意的问题,并对今后研究开发的相关方向,如提高机电耦合系数(k)、压电常数(d)和机械品质因数(Qm)等,提出了一些建议。     

KNN基无铅压电陶瓷材料制备的研究进展

碱金属铌酸盐系的(K,Na)NbO_3(KNN)因其具有高压电常数(d_(33)),高机电耦合系数,高品质因数及高居里温度(T_C)而成为无铅压电材料研究的热点。为了探索高性能KNN无铅压电陶瓷材料制备及应用,该文综述了其相关制备工艺、性能特点,重点阐述了KNN系无铅压电材料的掺杂、烧结、极化及其对性能的影响,指出了KNN无铅压电陶瓷的掺杂改性及工艺优化研究是其有效的研究方向。     

LiCe掺杂对铋层材料K0．5Bi2．5Nb2O9的影响

用传统固相烧结法获得了含A位空位的(KBi)0.5-x(LiCe)x/2 x/2Bi2Nb2O9(其中为A位[KBi]空位)系列铋层陶瓷,研究了A位LiCe掺杂替代对K0.5Bi2.5Nb2O9系列陶瓷性能的影响。LiCe掺杂改性明显提高了K0.5Bi2.5Nb2O9系列陶瓷的压电活性,(KBi)0.44(LiCe)0.03 0.03Bi2Nb2O9陶瓷的压电系数d33、平面机电耦合系数kp和厚度振动机电耦合系数kt分别为31 pC/N、5%和22%。     

BiFeO_3改性Bi_(1/2)Na_(1/2)TiO_3-BaTiO_3基陶瓷电性能

采用固相反应法制备了新型(0.95–x)Bi1/2Na1/2TiO3-0.05BaTiO3-xBiFeO3(x=0~0.09)系无铅压电陶瓷,研究了BiFeO3掺杂量对其晶体结构、介电及压电性能的影响。结果表明:在所研究的组成范围内陶瓷均能形成纯钙钛矿型固溶体。介温曲线(10kHz)显示该陶瓷体系具有明显的弥散相变特征。该陶瓷体系的压电性能较Bi1/2Na1/2TiO3-BaTiO3陶瓷(d33=125pC/N)有较大提高,当x=0.05时,具有最佳的压电性能:d33=142pC/N,kp=0.29;此时εr=891,tanδ=0.046,Qm=110。