检测超声换能器用改性钛酸铅压电陶瓷材料

本文介绍了改性钛酸铅压电陶瓷材料的研制。通过配方筛选和改善工艺,得到了具有如下性能水平的改性钛酸铅系列压电陶瓷材料: 厚向机电耦合系数k_t 0.51—0.61 径向机电耦合系数k_p 0.07—0.36 介电常数∈ 250—300 机械品质因数Q_m 10—1000 其中,k_t为0.56;k_p为0.07;∈为230和Q_m为250的改性钛酸铅压电陶瓷材料用于研制检测超声换能器阵取得了满意的效果。     

铌酸钾钠基1-3型压电复合物的制备及其性能研究

采用传统固相法制备了在1 130℃下烧结而成的(K_0.45Na_0.55)_0.98Li_0.02(Nb_0.77Ta_0.18Sb_0.05)O₃(KNLNTS)无铅压电陶瓷。陶瓷致密度和电学性能较好,致密度达到98%,室温压电常数为308.7 pC/N,厚度振动机电耦合系数可达0.5,1 kHz时介电损耗为0.043。以上述KNLNTS基粉体为原料,利用切割填充法制备1-3型压电复合材料并研究了厚度对复合材料的性能影响。结果表明,复合材料的压电常数、厚度振动机电耦合系数均随厚度的增加而增加,介电损耗随厚度的增加而减少,而相对介电常数基本保持不变。     

Zn/Li掺杂PZT-PZN-PNN压电陶瓷的研究

采用传统固相合成法制备了Zn/Li掺杂的0.83Pb(Zr_1/_2Ti_1/_2)O_3-0.11Pb(Zn_1/_3Nb_2/_3)O_3-0.06Pb(Ni_1/_3Nb_(2/3))O_3(PZT-PZN-PNN)压电陶瓷,研究了不同含量的Zn/Li添加量对陶瓷的相结构、显微组织和电性能的影响。结果表明,随着Zn/Li掺杂量的增加,相结构由三方相向四方相转变;介电常数ε_r、压电常数d_(33)和机电耦合系数k_p均先增大后减小,而介电损耗tanδ和机械品质因数Q_m呈先减小后增大的趋势;当添加质量分数w(Zn/Li)=1%时,该压电陶瓷的综合性能最佳,即d_(33)=513pC/N,k_p=0.635,ε_r=1 694,tanδ=0.023 5。该材料有望用于制造低温共烧的叠层压电器件。     

单晶PMNT/环氧树脂压电复合材料的研制

采用1-3型复合结构,沿表面两个相互垂直的方向切割PMNT单晶陶瓷,在切槽间浇注环氧树脂,制备出新型的1-3型PMNT/环氧树脂压电复合材料.实验测试了复合材料的压电、介电、阻抗和超声回波特性,结果表明其厚度机电耦合系数达到0.75,声速2 985 m/s,声阻抗14.9 MPa·(s·m-3),脉冲回波中心频率0.95 MHz,-6 dB带宽88%,相对介电常数1 423,介电损耗0.014.     

一种改进型1-3-2压电复合材料的研究

高质量的压电换能器需要具备较高的机电耦合系数和灵敏度。该文在传统型1-3-2压电复合材料的基础上提出了一种改进型1-3-2压电材料,提高了压电换能器的机电耦合系数和换能器的接收灵敏度。通过有限元仿真分析了不同间距对改进型1-3-2压电材料敏感元件的谐振频率、反谐振频率及机电耦合系数的影响,并与传统1-3-2型压电复合材料进行了对比。结果表明,与传统型1-3-2压电复合材料相比,在相同间距条件下,改进型压电材料的机电耦合系数约大0.03。制做的3种不同间距改进型压电材料表明,间距为1 mm的改进型压电材料的机电耦合系数较大,约为0.68。     

PMZN系压电陶瓷材料合成工艺研究

采用溶胶-凝胶工艺制备了钙钛矿结构的锆钛酸铅压电陶瓷材料(PZT)。然后用制得的PZT作为基料，合成PMZN压电陶瓷，探讨了PZT制备工艺对材料结构和性能的影响。结果表明：溶胶-凝胶法合成PZT粉制备的PMZN系压电陶瓷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等特点；溶胶-凝胶工艺降低了材料的烧结温度，改善了材料的介电与压电性能，提高了谐振频率。     

Bi_(0.5)Na_(0.5)TiO_3-Ba(Al_(0.5)Sb_(0.5))O_3陶瓷的压电、铁电特性及场致应变效应

用普通陶瓷工艺制备了(1–x)Bi_(0.5)Na_(0.5)Ti O_3-x Ba(Al_(0.5)Sb_(0.5))O_3(x=0.03~0.05)压电陶瓷,研究了Ba(Al_(0.5)Sb_(0.5))O_3含量对Bi_(0.5)Na_(0.5)Ti O_3(BNT)压电陶瓷的介电、压电、铁电和场致应变效应的影响。研究表明,随着第二组元Ba(Al_(0.5)Sb_(0.5))O_3含量的增加,该陶瓷经历了从极性态的铁电相向非极性态的非铁电相的转变。在x=0.035组分处,多相共存导致样品具有最大的压电常数d_(33)=99 p C/N,最大的应变S_(max)=0.27%,机电耦合系数k_p=20.1%,k_t=30.4%,等效压电常数d~*_(33)=386 pm/V。     

乙醇基溶胶 凝胶法制备BNKLT粉体及压电陶瓷

以乙醇为溶剂,氧化物和碳酸盐为原料,采用溶胶-凝胶(Sol-Gel)法制备了Bi0.5(Na0.7K0.2Li0.1)TiO3(BNKLT)纳米粉体和无铅压电陶瓷.利用IR,TG-DSC,XRD,SEM等测试技术研究了乙醇基Sol-Gel法制备BNKLT纳米粉体及无铅压电陶瓷的工艺参数.实验表明,乙酰丙酮与钛酸四丁酯的摩尔比N≥1.0时,反应温度60℃,pH=2.0～2.5时,能制备出稳定性良好的乙醇基溶胶,凝胶在600℃内预烧即可获得单一钙钛矿结构的BNKLT纳米粉体,晶粒大小约(O)20 nm,并于1 050 ℃条件下烧结出致密度较高的陶瓷.性能测试表明,该方法制备的压电陶瓷俱有优良的电学性能:压电常数d33=192 pC/N,机电耦合系数kp=0.32,介电常数εr=1 096,介电损耗tan δ=0.039,品质因数Qm=79.     

多基元压电复合材料的制备及性能

采用压电陶瓷、环氧树脂和去耦材料,应用切割-浇注技术及串并联结构,研制3相多基元压电复合材料.实验测试了材料的压电和介电性能.以及各基元的一致性和耦合特性.结果表明,其压电常数达到240 pC/N以上,声速约3100 m/s,声特性阻抗小于14.3 MPa·s/m,厚度机电耦合系数0.4,相对介电常数约800,介质损耗0.02.材料各基元间的频率偏差小于0.76%,声耦合较小,相邻基元的振动衰减达94%.     

直写成型制备的3-3型PZT压电复合材料及其性能

3-3型压电复合材料在超声波传感器、水下声学检测等领域有着广泛的应用。锆钛酸铅(PZT)陶瓷通过复合有望制备具有低介电常数、低脆性等优点的复合材料。采用直写成型技术制备了PZT三维木堆结构支架,结合浸渍法填充环氧树脂制备了3-3型PZT/环氧树脂压电复合材料。研究了陶瓷相体积分数对3-3型PZT/环氧树脂压电复合材料的介电、压电、铁电性能的影响,并对比了PZT陶瓷支架与PZT/环氧树脂复合材料的介电与压电性能。研究结果表明,随着陶瓷相体积分数的增加,复合材料的介电常数、压电常数及剩余极化强度都会增大,PZT支架具有更大的介电常数、压电常数、压电电压常数;当陶瓷相体积分数为36%时,PZT支架与PZT/环氧树脂的压电电压常数分别达到151.0 mV·m/N与104.0 mV·m/N。PZT/环氧树脂复合材料同时具备了压电陶瓷的硬度、电性能,以及聚合物的柔韧性、低密度等优势,其应用前景良好。     

一种大功率压电陶瓷变压器材料研究

采用传统陶瓷工艺制备了Pb(Ni1/2W1/2)O3-Pb(Mn1/3Sb2/3)O3-Pb(Ti1/2Zr1/2)O3(PNW-PMS-PZT)四元系压电陶瓷。分析了粉体和陶瓷的相结构组成,结果表明烧结温度的提高和PZT含量的增加有助于钙钛矿相的生成,同时发现PZT的含量在0.91～0.93附近有准同型相界存在。研究了室温下烧结温度和PMS含量对相对介电常数εr,机电耦合系数kp,机械品质因数Qm和压电常数d33的影响,实验表明在室温下随着PMS含量的增加εr、kp、d33逐渐减小,Qm增加;随着烧结温度的提高,kp、d33增大。制得了室温下εr为1959,d33为390pC/N,kp为0.614,Qm为1349的大功率压电陶瓷变压器压电材料。     

一种由压电双晶片测量压电常数d31的方法

提出了一种新的测量方法 ,由一种实用元件——压电双晶片测量压电材料的压电常数 d31的方法。这种测量方法不同于通常的由标准试样测量压电材料参数的方法。文中给出了测量原理、测量装置及由一种 PZT样本的测量结果 ,并同时给出了 IEEE标准测量方法的结果。理论和实验结果表明 :这种新的测量方法是可行的。     

串联2—2复合材料的介电击穿研究

研究了串联2－2型复合材料的介电击穿特性。串联2－2型压电复合材料结构较为简单，它是研究具有复杂连通性压电复合材料的基础。根据能量守恒定律，推导出串联2－2复合材料中压电陶瓷PZT层上和聚合物PVDF层上的电场强度Ec、Ep。由于压电陶瓷的介电常数εc(≈1600ε0)远远大于聚合物的介电常数εp(≈12εo)，因此Ep远远大于Ec。尽管PVDF的介电强度高于PZT的介电强度，但由于Ep远远大于Ec，所以串联2－2型压电复合材料的介电击穿往往是从聚合物层开始的，最后导致复合材料整体被击穿。对理论计算进行了实验验证，结果表明：在PZT含量较低时，计算值与试验值比较接近，但随着复合材料中PZT含量的提高，二者的偏差越来越大。文章最后定性讨论了在高PZT含量时复合材料的计算值与试验值偏差较大的原因。     

共聚尼龙/PZT复合材料的压电和介电性能研究

以共聚尼龙为基体,采用简单的热压工艺制备了0-3型共聚尼龙/PZT压电复合材料,研究了所制复合材料的介电和压电性能.结果表明:以共聚尼龙为聚合物基体可以制备出具有优良介电和压电性能的新型聚合物/PZT复合材料;在共聚尼龙的体积分数为0.20时,复合材料的压电常数和相对介电常数都达到最大值,分别为55 pC/N和155.     

用于微传感器中PZT压电薄膜的制备和图形化

采用溶胶-凝胶法在Si/Si3N4/Poly-Si/Ti/Pt基片上制备PZT压电薄膜, 为了选择更适合微电子机械系统(MEMS)器件的压电薄膜,采用一般热处理和快速热处理对锆钛酸铅(PZT)压电薄膜进行干燥和结晶.首先,采用V(H2O):V(HCL):V(HF)＝280 mL:120 mL:4drops(4滴HF溶液)配比的腐蚀液在室温下对未结晶的PZT压电薄膜进行了湿法腐蚀微细加工;然后,对图形化好的压电薄膜进行再结晶的热处理,实验结果表明这种方法可用于压电薄膜微器件的制备.     

PZT压电纤维的制备及性能研究

以溶胶-凝胶(Sol-Gel)工艺制备的PZT陶瓷粉为原料,采用氧化物粉末装管法制备PZT压电陶瓷纤维.SEM分析显示,该陶瓷纤维呈圆柱型形貌,直径约为250 μm.分析了不同烧结温度下PZT陶瓷纤维的断面微结构及Pb含量变化,得出PZT陶瓷纤维的最佳烧结温度为1 000 ℃.XRD分析表明,此温度下烧结的陶瓷纤维呈单一的钙钛矿结构.实验结果表明,采用氧化物粉末装管法制备的陶瓷纤维大小均匀,结构致密,具有高长径比,克服了传统工艺不能制备结构致密的长纤维的缺陷.     

压电陶瓷变压器的试制及其老化行为研究

选用不同掺锰量的0.2PZN-0.8PZT (w(MnO2)为0.2%, 0.5%, 0.8%,分别记作P1,P2,P3)压电陶瓷制作了压电变压器模拟试样,采用空气中高温下对三端电极同时进行加压极化的方法。性能测试表明,P2的压电性能最优,具有最小的机械损耗和介质损耗,适合在全波谐振频率驱动状态下工作。此外,还系统研究了P2试样压电参数的老化行为,研究结果表明:电容量C和压电常数d33的老化行为均服从对数定律。     

单腔结构压电陶瓷—金属复合体研究

研制出一种单腔结构压电陶瓷－金属复合体，该复合体不仅压电常数高，而且具有压电常数的位置依赖性小、制作更为简单、便于稳定地安装使用等优点。由实验研究得出了较佳尺寸的复合体，相应的有效压电应变常数为７８９０ｐＣ／Ｎ，为其中ＰＺＴ压电陶瓷压电应变常数的２４倍。     

磁电复合薄膜用高性能压电陶瓷靶材的制备

采用固相法制备了高性能的Pb(Zr0.54Ti0.46)O3压电陶瓷靶材。通过调整Sr掺杂比例,获得高性能的压电陶瓷配方,以高性能锆钛酸铅(PZT)粉体为原料,经冷等静压和高温烧结制备出磁控溅射需要的、直径为73.6mm的压电陶瓷靶材。