Cu摻雜鈮銦鎂酸鉛-鈦酸鉛陶瓷的低溫燒結及電學性能研究.pdf

1、最近幾年來，三元弛豫鐵電固溶體Pb(In1/2Nb1/2)O3-Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PIN-PMN-PT)以優(yōu)異的壓電、機電等性能和高的居里溫度、相變溫度及大的矯頑場而備受材料研究者矚目。然而，PIN-PMN-PT陶瓷的燒結溫度通常都在1200℃以上，如此高的燒結溫度不僅導致鉛的大量揮發(fā)引起材料組分變化，而且更為嚴重的是在多層結構陶瓷制備時銅、銀等廉價內電極的失效。CuO是一種常用的低溫燒結助劑，可有效的降低

2、陶瓷的燒結溫度。但是，有關Cu摻雜的PIN-PMN-PT陶瓷的研究還未見報道。本論文以PIN-PMN-PT-xCuO％(0≤x≤2)為研究對象，系統(tǒng)深入的探討了CuO對PIN-PMN-PT陶瓷的燒結溫度、晶體結構、微觀形貌及介電、壓電、鐵電和機電等電學性能的影響和內在機制。
　　首先，研究了組分變化對PIN-PMN-PT三元系陶瓷的結構和介電、壓電、鐵電、機電、熱釋電等電學性能的影響。對(1-x-y)PIN-xPMN-yPT(x=

3、0.40,0.30≤y≤0.40)陶瓷樣品的粉末XRD和拉曼光譜研究發(fā)現(xiàn)當y=0.34時樣品處于準同型相界，此時樣品具有最優(yōu)的綜合性能：壓電系數(shù)d33=505 pC/N、平面機電耦合系數(shù)kp=62.5%；相轉變溫度TRT=117℃、居里溫度TC=199℃、剩余極化強度Pr=32.09μC/cm2、矯頑場EC=8.92 kV/cm。此外，PIN-PMN-PT陶瓷表現(xiàn)出良好的熱釋電性能，y=0.34時樣品的室溫熱釋電系數(shù)p可達0.050μC

4、/cm2℃，熱釋電品質因數(shù)Fi、Fv和Fd分別為2.00×10-10 m/V、0.09 m2/C和1.00×10-5 Pa-1/2。這些使PIN-PMN-PT陶瓷在新型熱釋電探測器開發(fā)中表現(xiàn)出巨大的應用潛力。
　　以優(yōu)化的0.26PIN-0.40PMN-0.34PT陶瓷為基體，研究了不同Cu摻雜比例的PIN-PMN-PT-xCuO%陶瓷的燒結溫度、相結構和介電、壓電、鐵電等電學性能。研究發(fā)現(xiàn)由于液相燒結機制的產生，Cu摻雜樣品的燒

5、結性能改善，燒結溫度降低超過250℃，結構由三方-四方共存向三方相轉變、晶粒尺寸減小，致密度增加。當x=0.5時樣品具有最佳性能：相對介電常數(shù)εr=2864、壓電系數(shù)d33=484pC/N、平面機電耦合系數(shù)kp=59.7%、矯頑場EC=9.61 kV/cm、居里溫度TC=225℃、機械品質因數(shù)Qm=93.58、相對應變S=0.145%。Cu摻雜PIN-PMN-PT陶瓷良好的電學性能和低的燒結溫度使其在采用廉價內電極的高性能多層壓電器件開