大功率變壓器用壓電陶瓷的機(jī)電性能及低溫?zé)Y(jié)研究.pdf

1、大功率多層壓電陶瓷變壓器要求壓電陶瓷材料在較低的燒結(jié)溫度下具有高的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm，高的機(jī)電耦合系數(shù)Kp，高的壓電常數(shù)d33和低的介質(zhì)損耗tan。為了實(shí)現(xiàn)上述要求，本文從陶瓷的制備技術(shù)、材料的組分設(shè)計(jì)和低溫?zé)Y(jié)三方面研究了PMS-PNW-PZT四元系壓電陶瓷材料。
　　 研究了Zr含量和燒結(jié)溫度變化對(duì)PMS-PNW-PZT四元系壓電陶瓷相結(jié)構(gòu)、顯微組織和機(jī)電性能的影響。結(jié)果表明，Zr/Ti=49/51，燒結(jié)溫度為1225℃的樣品

2、綜合性能最佳。此時(shí)εT33/ε0=1855，tanδ=0.43％，d33=336pC/N，Kp=0.64，Qm=1912。并發(fā)現(xiàn)在燒結(jié)過程中，Mn元素以Mn3+形式進(jìn)入晶格，晶胞參數(shù)減小，隨著燒結(jié)溫度的升高，Mn3+逐漸轉(zhuǎn)化為Mn2+，晶胞參數(shù)增大。
　　 為了進(jìn)一步提高材料的綜合電性能，研究了PNW含量和燒結(jié)溫度對(duì)Pb0.95Sr0.05(Mn1/33Sb2/3)0.06-(Ni1/2W1/2)x-(Zr0.49Ti0.51)

3、0.92O3四元系壓電陶瓷相結(jié)構(gòu)、顯微組織和機(jī)電性能的影響。結(jié)果表明，綜合材料的各項(xiàng)性能，PNW=0.02，燒結(jié)溫度為1225℃的樣品性能最佳。此時(shí)εT33/ε0=1957，tanδ=0.28％，d33=343pC/N，Kp=0.62，Qm=2511。
　　 為了實(shí)現(xiàn)陶瓷的低溫?zé)Y(jié)，采用為CuO為摻雜，詳細(xì)地研究了CuO含量對(duì)壓電陶瓷相結(jié)構(gòu)、顯微組織的影響及對(duì)陶瓷機(jī)電性能的影響。結(jié)果表明CuO的加入將燒結(jié)溫度從1225℃降為97

4、0℃。摻雜CuO的樣品均能獲得鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。當(dāng)燒結(jié)溫度為970℃，CuO摻雜量為0.7wt.％時(shí)，可以獲得低溫?zé)Y(jié)的綜合性能最佳的陶瓷材料。此時(shí)εT33/ε0=1645，tanδ=0.75％，d33=255pC/N，Kp=0.44，Qm=1500。
　　 由于固溶體的固溶度有限，只有部分的氧化銅的能夠進(jìn)入晶格，Cu2+取代(Ti,Zr)4+，c軸長度減小，a軸增大，c/a下降。剩余的氧化銅在晶界處富集，提高了境界的強(qiáng)度和陶瓷的致密