| 摘 要： | 阐明了FGM(Functionally Gradient Materials)压电执行器和FGM压电超声马达所用FGM压电陶瓷应具备的特性。系统地分析了Pb(Ni_(1/3)Nb_(2/3))O_3-Pb(ZrTi)O_3(PNN-PZT)三元系陶瓷的介电和压电性能,探讨了F_R F_T结构相变对材料的介电及压电性能的影响,提出PNN-PZT三元系陶瓷是一种能综合满足FGM压电执行器及超声马达性能要求的优良材料。深入地研究了PNN-PZT三元系陶瓷的Bi、Zn掺杂改性规律。论述了FGM压电执行器的结构及工作原理,推导出FGM压电执行器自由端弯曲位移的理论计算公式,并确定了FGM夹层优化的电性能梯度化指数。采用粉末冶金法成功地研制出PNN-PZT系FGM压电陶瓷执行器,并测量了弯曲位移特性。执行器剖面SFM形貌观察和EDAX组分分析表明,压电层、FGM层(中间夹层)及介电层的平均晶粒尺寸呈梯度增大,Ni、Ti组分在夹层区域近似线性逆向梯度分布,Nb、Zr组分分布具有相同的变化规律。采用“薄板扩散叠加”模型,对PNN-PZT系FGM压电材料扩散离子的浓度分布进行了计算机数值模似,其结果与EPMA实验吻合。确定了扩散层厚度随扩散温度和时间的变化规律。估算了离子的扩散系数及表现激活能,并从结晶化学的观点对离子的扩散系数与表观激活能的差别进行了解释。
|
