PNW-PMN-PZT四元系壓電陶瓷電性能及其溫度穩(wěn)定性的研究.pdf

1、隨著PZT基壓電陶瓷器件的廣泛應(yīng)用，大功率化成為了一個重要的發(fā)展方向，如：壓電馬達，壓電陶瓷變壓器等。0.03PNW-0.07PMN-0.90PZT體系具有較好的壓電性能和良好的燒結(jié)特性。為了提高其壓電性能和溫度穩(wěn)定性，我們對這個體系進行了摻雜改性、鋯鈦比變化和摻入穩(wěn)定劑的研究，以期獲得滿足實際應(yīng)用要求的大功率壓電陶瓷。 首先，采用傳統(tǒng)固相法成功制備了過量WO<,3>和過量Pb<,3>O<,4>摻雜的PNW-PMN-PZT+0.

2、1 wt.％CeO<,2>四元系壓電陶瓷，結(jié)果表明陶瓷均為純鈣鈦礦相。隨著WO<,3>摻雜量的增加，K<,p>，Q<,m>和d<,33>表現(xiàn)相同的趨勢：先增加后減小。當(dāng)加入0.6wt.％的WO<,3>時，獲得了較佳的電性能，在摻雜0.6 wt.％WO<,3>的基礎(chǔ)上，隨著過量Pb<,3>O<,4>的加入，可使陶瓷在燒結(jié)過程中形成液相，從而促使陶瓷致密化。當(dāng)陶瓷體系中加入過量的0.5 wt.％的Pb<,3>O<,4>時，在1150℃燒結(jié)下

3、，所得到的陶瓷體積密度最大(7.70g/cm<'3>)，且具有最優(yōu)的電學(xué)性能，分別為：K<,p>=0.66，Q<,m>=1318，d<,33>=430 pC/N，ε<,r>=2229，tanδ=0.0066，此時溫度穩(wěn)定性為：△f<,r>/f<,r25℃>=-0.671％，△K<,P>/K<,p25℃>=2.065％，需要進一步改善。因此我們確定組份0.9Pb(Zr<,0.52>Ti<,0.48>)O<,3>-0.07Pb(Mn<,1/

4、3>Nb<,2/3>)O<,3>-0.03Pb(Ni<,1/2>W<,1/2>)O<,3>+0.1wt.％CeO<,2>+0.6wt.％WO<,3>+0.5wt.％Pb<,3>O<,4>(縮寫為PNW-PMN-PZT)為本研究的基礎(chǔ)配方。 其次，通過對四元系材料諧振頻率溫度穩(wěn)定性的研究表明，在遠離相界的四方相區(qū)諧振頻率溫度系數(shù)為負，而在靠近相界的四方相區(qū)諧振頻率溫度系數(shù)為正，在它們中間存在一個電學(xué)性能較優(yōu)、溫度穩(wěn)定性較好的M點。

5、因此通過改變鋯鈦比，以尋求電學(xué)性能和溫度穩(wěn)定性都較好的M點。在本實驗中，當(dāng)Zr/Ti=50/50時，它的電學(xué)性能最好，分別為：K<,p>=0.55，Q<,m>=1707，d<,33>=342 pC/N，ε<,r>=1923，tanδ=0.0055，此時的溫度穩(wěn)定性也較好，分別為：△f<,r>/f<,r25℃>=-0.304％，△K<,p>/K<,p25℃>=-1.801％。 最后，為了進一步提高材料的溫度穩(wěn)定性并兼顧優(yōu)良的電學(xué)性

6、能，以滿足大功率壓電陶瓷的實際應(yīng)用要求，我們在以上研究的基礎(chǔ)上摻入了穩(wěn)定劑CeO<,2>和Cr<,2>O<,3>，實驗結(jié)果表明：當(dāng)CeO<,2>的摻雜量仍為0.1 wt.％時，體系的溫度穩(wěn)定性和電學(xué)性能較好(這與開始配方中的摻入量是一致的)。為了進一步改進體系的溫度穩(wěn)定性和電學(xué)性能，向體系中加入穩(wěn)定劑Cr<,2>O<,3>，當(dāng)Cr<,2>O<,3>的摻雜量為0.2 wt.％時，獲得了最佳的電學(xué)性能和較好的溫度穩(wěn)定性，其性能分別為：K<,

7、p>=0.54，Q<,m>=1730，d<,33>=330 pC/N，ε<,r>=2078，tanδ=0.0052，△f<,r>/f<,r25℃>=-0.167％，△K<,p>/K<,p25℃>=通過上述研究我們獲得了一個較優(yōu)的體系：0.9Pb(Zr<,0.50>Ti<,0.50>)O<,3>-0.07Pb(Mn<,1/3>Nb<,2/3>)O<,3>-0.03Pb(Ni<,1/2>Wm)O<,3>+0.1wt.％CeO<,2>+0.5