大功率PZT材料锰掺杂改性研究

用ＸＲＤ、ＳＥＭ、ＥＳＲ结合常规电性能测试手段,研究了锰掺杂对两类大功率ＰＺＴ材料微结构及压电性能的影响。结果表明：随着锰含量的增大,三角晶相含量增多,准同型相界相应向四方相移动。锰在ＰＺＴ材料中主要以Ｍｎ＾２＋和Ｍｎ＾３＋的方式共存。锰在ＰＺＴ陶瓷材料中“溶解度”约为１．５ｍｏｌ％。添加少量的锰有利于ＰＺＴ材料晶粒的长大及压电性能的改善,而过量的锰则会在晶界积聚,抑制晶粒的长大,并使材料的压电性     

锰掺杂对0.2PZN-0.8PZT陶瓷压电性能的影响

研究了锰掺杂对0.2PZN-0.8PZT(PZNT)陶瓷微观结构及压电性能的影响,结果表明:随锰离子的添加,陶瓷晶粒长大,烧结致密;晶格发生畸变,体系的相结构由四方相向三方相过渡,居里点降低。此外,锰掺杂使材料体系“变硬”,ε₃₃^T/ε₀和tanδ变小,Q_m值增加,同时瓷体较高的致密度又保证了K_p不致降低。     

铈掺杂对PZT压电陶瓷性能的影响

研究了铈掺杂对PZT(锆钛酸铅)压电陶瓷材料的相组成、微观结构、介电性能、压电性能及铁电性能的影响,并对实验结果做出物理机理的解释.实验结果表明,适量的铈掺杂有利于材料结构的致密,提高了体电阻率,解决了材料在高温高场下极化困难的问题,在铈掺杂量为0.4%(摩尔分数)时,制备出综合性能良好的PZT压电陶瓷:室温时εr=958,tgδ=0.24%,d33=239pC/N,Kp=0.45,Qm=886,适合制备大功率压电陶瓷.     

铟掺杂PZT铁电陶瓷性能研究

采用传统固相烧结法制备In2O3掺杂的锆钛酸铅(PZT)铁电陶瓷,研究了In2O3掺杂量对PZT铁电陶瓷材料的相组成、微观结构、介电性能、压电性能及铁电性能的影响。研究结果表明,随着In2O3掺杂量的增加,PZT材料在准同型相界处三方相增加四方相减少,适量掺入In2O3有利于晶粒均匀生长。在不同的铟掺杂剂量下,PZT陶瓷材料分别具有最佳的铁电及压电性能。当铟掺杂量为0.1%(质量分数)时,PZT材料具有最佳的铁电性能,其剩余极化强度为23.43μC/cm2,矫顽场为9.783kV/cm。当铟掺杂量为0.3%(质量分数)时,PZT材料具有最好的压电性能,其tanδ=0.023,d33=540pC/N,εr=1513,Kp=0.764,Qm=1819。     

Sn层PMN——PZT三元系压电陶瓷低温稳定性和压电性能影响的研究

制备了６种不同Ｓｎ含量的ＰＭＮ－ＰＺＴ压电陶瓷试样，深入研究了Ｓｎ添加剂对压电材料压电等性能的影响，用ＺＰＡ分析了Ｓｎ在改性ＰＺＴ压电陶瓷中的存在形式。研究表明，Ｓｎ添加剂不仅能提高压电性能而且改善了压电陶瓷低温性能的稳定性     

BiAlO3掺杂PZT陶瓷的高压电性能和低电场应变滞后

铅基压电陶瓷因其优异的压电性能, 被广泛应用于压电器件。其中, 压电驱动器要求压电陶瓷具有较高压电性能并且在电场下具有较高的电致应变和较小的应变滞后。本研究通过施主-受主共掺, 得到高压电性能和低电场应变滞后的PZT陶瓷。采用传统固相反应法制备了(1-x)(Pb_0.95Sr_0.05)(Zr₅₃Ti₄₇)O₃-xBiAlO₃+0.2%MnO₂陶瓷(掺杂量为质量百分数), 并对其微观结构和压电性能进行了研究。结果表明：BiAlO₃掺杂量较少时, 陶瓷中缺陷偶极子的“钉扎”效应使得陶瓷畴壁转动困难, 陶瓷压电性能较弱, 应变滞后也较小。随BiAlO₃掺杂量增加, 缺陷偶极子“钉扎”效应减弱, 陶瓷的压电性能和应变滞后随之提高。本实验得到的性能最优组分为x=1.75%, 该组份陶瓷的压电系数d₃₃=504 pC/N, 机电耦合系数k_p=0.71, 机械品质因数Q_m=281, 居里温度T_C=312 ℃, 在10 kV/cm电场下的应变滞后仅为15%, 并且还具有较好的温度稳定性, 是一种具有应用价值的压电驱动器用压电陶瓷材料。     

锰掺杂对(K_(0.5)Na_(0.5))NbO_3-LiNbO_3压电陶瓷结构和性能的影响

采用传统陶瓷制备工艺制备了(K_(0.5)Na_(0.5))NbO_3-LiNbO_3-xMnO_2压电陶瓷,分析了陶瓷样品的微观组织结构.实验结果表明,随MnO_2掺杂量的增多,陶瓷由四方相转变为正交相,晶粒的均匀性下降并生成K_3LiNb_6O_(17)相.研究了MnO_2不同掺杂量对陶瓷压电性能的影响.结果表明,随锰掺杂量的增加,材料逐渐变"硬",机电耦合系数k_p和压电常数d_(33)逐渐减小,同时Q_m逐渐增大;当MnO_2含量为0.8%(质量分数)时,陶瓷的机械品质因数达到最大,此时陶瓷的压电性能为:k_p=0.34,k_t=0.43,d_(33)=110pC/N,Q_m=401.3.     

PZT陶瓷粉体及其PVDF压电复合材料的制备与性能

采用溶胶-凝胶法合成PZT压电陶瓷粉体,经XRD和SEM分析显示,陶瓷颗粒已形成了钙钛矿型结晶相,颗粒大小在0.1~1μm之间。采用溶液共混法将PZT粒子均匀分散于PVDF基体中,制备了PZT/PVDF压电复合材料。结果表明,增加PZT含量有利于复合材料压电性能的提高,当陶瓷体积分数达70%时,复合材料的压电常数最高。     

PZT基陶瓷纤维性能对1-3复合材料性能影响

采用塑性聚合物方法制备了高可塑性、高密度和高生坯强度的PZT5、PMnS、PBS陶瓷纤维，通过排列浇注法制备了1-3复合材料，研究了不同组成陶瓷纤维对复合材料性能的影响。结果表明，复合材料的介电常数、声阻抗和品质因数均比相应的陶瓷性能小了一个数量级，压电应变常数d33和平面机电藕合系数kp不同程度降低，但是压电电压常数g33和厚度机电藕合系数反大幅度增加，使得1-3复合材料的各相异性明显增强，复合材料的性能变化规律同压电纤维性能的变化规律相同，因此可通过改变纤维相性能而改善复合材料的性能。     

PZT基NiTi SMA/PZT复合材料的组织结构及其压电性能研究

采用真空直流溅射法在PZT基体上沉积NiTi SMA薄膜,再经过晶化处理而制备出PZT基NiTi SMA/PZT复合材料.使用扫描电子显微镜观察复合材料试样的表面和界面组织结构.使用ZJ-3A型准态仪、Automatic LCR Meter4225测试复合材料的压电常数d33,机电耦合系数KP1,介电损耗tgδ,以考察NiTi SMA薄膜对PZT压电性能的影响.测试结果显示复合材料的压电常数d33,机电耦合系数KP相对于PZT均有提高,而介电损耗tgδ有小幅度降低.NiTiSMA薄膜与PZT基体之间的良好的界面结合结构及界面附近存在的源自膜/基材料间晶格差异的约束应力,有利于电偶极子的定向运动,保障了PZT基体压电性能的发挥.     

Gd掺杂对PZT薄膜介电性能及极化行为的影响

采用sol-gel法在Pt/Ti/SiO₂/Si衬底上制备出高度(100)择优取向的Gd掺杂PZT薄膜(简写为PGZT); 介电测试结果表明, 1mol%Gd掺杂的PZT薄膜介电常数最大, 2mol%Gd掺杂PZT薄膜与未掺杂薄膜的介电常数相差不大, Gd掺入量>2mol%时, 薄膜的介电常数下降; 薄膜的不可逆极化值呈现与介电常数相同的变化趋势, 而可逆极化值变化较小. 在弱电场下(低于矫顽场E_c), 用瑞利定律分析薄膜介电常数随电场强度的变化规律, 1mol%Gd掺杂的薄膜瑞利系数α最大, 说明薄膜中缺陷的浓度最低. 1mol%Gd掺杂的薄膜介电和铁电性能的改善与Gd³⁺在PZT晶格中的占位情况有关.     

水热法合成单分散锆钛酸铅压电陶瓷粉体

以硝酸铅、氧氯化锆、钛酸四丁酯、氢氧化钾和氨水为原料,以乙醇和水的混合液为溶剂,采用水热法合成Pb(Zr0.52Ti0.48)O3(PZT)压电陶瓷粉体。通过X射线衍射和扫描电镜对合成粉体进行表征,并研究Pb元素物质的量与Zr及Ti两种元素物质的量之和的比n(Pb)/n(Zr+Ti)和矿化剂KOH浓度对粉体物相和形貌的影响。结果表明:n(Pb)/n(Zr+Ti)=1.4时,可以合成单一晶相的PZT,颗粒的立方体形貌规则清晰且无团聚,结晶良好;在200℃、反应溶剂乙醇和水的体积比为2∶1、n(Pb)/n(Zr+Ti)=1.4的条件下,当KOH浓度由1 mol/L增加到4 mol/L时,立方体形貌的PZT粉体的粒径由1.5μm减小到0.2μm。     

烧结温度对锆钛酸铅-铌镁酸铅压电陶瓷结构的影响

采用铌铁矿预产物合成法在不同烧结温度下制备组成在准同型相界附近的锆钛酸铅-铌镁酸铅压电陶瓷。采用X射线衍射、拉曼光谱、扫描电镜以及介电温谱对制备陶瓷样品进行表征分析和性能测试。结果表明:所有陶瓷样品的相组成均为纯钙钛矿相;随着烧结温度的升高,陶瓷的相结构由菱方-四方两相共存转变为单一菱方相。对陶瓷断口的观察表明:随着烧结温度的升高,晶粒逐渐长大,陶瓷逐渐致密;陶瓷的平均晶粒尺寸约为3~4μm。制备的压电陶瓷在1 200℃烧结的试样峰值相对介电常数高达19 520,居里温度为310℃。     

新型Sol-Gel技术PZT铁电厚膜的制备及电学性能研究

采用新型ｓｏｌ－ｇｅｌ技术在 Ｐｔ／Ｔｉ／ＳiO2/Si基片上制备出了厚度为 ２～６０μｍ的ＰＺＴ铁 电厚膜材料;研究了ＰＺＴ厚膜的结构及其介电、铁电性能．ＸＲＤ谱分析显示,ＰＺＴ厚膜 呈现出纯钙钛矿相结构,无焦绿石相存在．ＳＥＭ电镜照片显示,ＰＺＴ膜厚均匀一致,无裂 纹、高致密．厚度为５０μｍ的ＰＺＴ厚膜的介电常数为８６０,介电损耗为０.０３,剩余极化强度 是２５μＣ／ｃｍ^２．矫顽场是４０ｋＶ／ｃｍ.     

掺杂对PMS-PZ-PT三元系材料微结构和电性能的影响

探讨了Nb2O5、NiO、Fe2O3掺杂量对三元系PMS—PZ—PT陶瓷的微观结构和电性能的影响。实验结果表明：随着掺杂量的增加，有一个共同的规律：物相组成由四方相向三方相转变；掺杂物在PMS—PZ—PT材料准同型相界区的固溶度比较小；适当的少量掺杂使εr、d33、Kp3等都有所提高，所不同的是，少量硬性掺杂和取代能提高Qm，而软性掺杂材料的Qm值却随着掺杂量的增加一直下降，改性后的组分具有良好的压电性能，能更好的满足超声马达实际使用的要求。     

钛酸铅和锆钛酸铅铁电薄膜的热释电效应的研究

本文测量了钛酸铅和锆钛酸铅铁电薄膜的热释电效应，在这些以钛薄片为衬底，用Ｓｏｌ－Ｇｅｌ方法制备的铁电薄膜上可测到明显的热释电响应，同时，对这些薄膜的牡民Ｉ－Ｖ特性也进行了测试，对敏感元工之间的热传导以及材料中发现的光效应对热释电响应的影响进行了分析和讨论。     

锆钛酸铅陶瓷在力电耦合场下疲劳性能的评价

小样品力学性能试验方法(Modified Small Punch Tests, 简称MSP)是评价陶瓷材料力学性能的一种有效方法. 采用改进型多场耦合小冲压(MSP)试验法评价了Pb(Zr,Ti)O₃陶瓷(PZT)在力电耦合和纯力场下的疲劳性能. 通过对比在纯力场和力电耦合下的力学性能可以看出: 与纯力场下相比, PZT陶瓷在力电耦合下的断裂强度会降低. 在力场和电场的同时作用下, 疲劳寿命显著缩短, 压电陶瓷材料内部易出现沿晶断裂.