PZT基壓電陶瓷的制備及在加速度傳感器中的應(yīng)用.pdf

1、壓電陶瓷發(fā)展中的一個重要轉(zhuǎn)折點是PZT系列陶瓷的發(fā)現(xiàn)。PZT陶瓷具有較好的壓電性能，所以常常被用來制作壓電器件，如傳感器、變壓器等。本文研究了陶瓷材料的制備和性能以及在壓電加速度傳感器中的應(yīng)用。壓電加速度傳感器具有體積小、重量輕、頻帶寬、靈敏度高、抗干擾能力強、環(huán)境特性好、安裝方便等優(yōu)點。對于壓電加速度傳感器，壓電陶瓷材料的性能是非常重要的一個方面。
　　用傳統(tǒng)固相燒結(jié)法制備了0.02Pb(Sb0.5Nb0.5)O3-0.98Pb

2、1-2xBaxSrx(Zr0.53Ti0.47)O3壓電陶瓷（其中x=0.02，0.03，0.04，0.05）和Pb0.95La0.05ZrxTi1-x+0.6％Nb2O5壓電陶瓷（其中x=0.53，0.55，0.57，0.59）材料，并采用X射線衍射儀（XRD）和掃描電子顯微鏡（SEM）對壓電陶瓷材料進行了表征分析。第一種配方考察了 Ba、Sr摻雜量和燒結(jié)溫度對壓電陶瓷性能的影響，第二種配方考察了 Zr/Ti比和燒結(jié)溫度對壓電陶瓷性能

3、的影響。結(jié)果表明：（1）0.02Pb(Sb0.5Nb0.5)O3-0.98 Pb1-2xBaxSrx(Zr0.53Ti0.47)O3壓電陶瓷在Ba、Sr摻雜量x=0.04，燒結(jié)溫度1260℃時，表現(xiàn)出比較好的綜合性能。壓電常數(shù)d33=615 pC/N，相對介電常數(shù)ε33/ε0=2224，介質(zhì)損耗tanδ=2.11%。（2）Pb0.95La0.05ZrxTi1-x+0.6%Nb2O5壓電陶瓷在Zr/Ti=55/45，燒結(jié)溫度1260℃時，

4、表現(xiàn)出比較好的綜合性能。壓電常數(shù)d33=577 pC/N，相對介電常數(shù)ε33/ε0=2286，介質(zhì)損耗tanδ=1.41%。
　　把上述兩種壓電材料應(yīng)用在中心壓縮式壓電加速度傳感器上，分別用編號1和2來表示。對傳感器性能測試表明：傳感器的電荷靈敏度分別是K1=2.72 pC/m·s-2和K2=2.61 pC/m·s-2，最大橫向靈敏度比分別是K1max=4.46%和K2max=4.5%，都小于5%，最大線性誤差分別是δ1max=2

5、.97%和δ2max=3.02%，最大溫度響應(yīng)偏差分別是ζ1=3.82%和ζ2=4.21%，最大濕度響應(yīng)偏差分別是α1=3.71%和α2=4.25%，重復(fù)性和遲滯特性也都比較好，重復(fù)性誤差分別是R1=3.71%和R2=3.74%，遲滯誤差分別是δH1=2.21%和δH2=2.6%。另外長期測試傳感器的電荷靈敏度和最大橫向靈敏度比，結(jié)果表明：兩類壓電加速度傳感器都具有良好的長期穩(wěn)定性，傳感器電荷靈敏度的不穩(wěn)定度分別是1.43%和1.92%