【摘 要】
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PZT基压电陶瓷以其优异的性能广泛应用于大功率陶瓷器件领域,如压电陶瓷变压器、超声波电机等。其特点集中于微型化、集成化和大功率化。兼顾低温烧结和优异性能是大功率压电材料的一个重要发展方向。本论文采用固相合成法成功制备新型PZT-Bi Mn BO3-PZN四元系大功率压电陶瓷,对其掺杂前后的准同型相界处的相结构、铁电和压电、介电性能进行了研究。首先,研究了BMn T取代含量及Zr/Ti比对0.9Px
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PZT基压电陶瓷以其优异的性能广泛应用于大功率陶瓷器件领域,如压电陶瓷变压器、超声波电机等。其特点集中于微型化、集成化和大功率化。兼顾低温烧结和优异性能是大功率压电材料的一个重要发展方向。本论文采用固相合成法成功制备新型PZT-Bi Mn BO3-PZN四元系大功率压电陶瓷,对其掺杂前后的准同型相界处的相结构、铁电和压电、介电性能进行了研究。首先,研究了BMn T取代含量及Zr/Ti比对0.9PxZT-y BMn T-（0.1-y）PZN陶瓷材料烧结温度、微观结构及电学性能的影响。发现,随着BMn T的取代含量的增加,陶瓷三方性增强,烧结温度下降。当y=0.04,烧结温度为1120 ℃时,陶瓷的综合性能最优:εT33/ε0=1454,d33=310 p C/N,kp=0.56,Qm=1149,tanδ=0.39%,Tc=322 ℃。改变Zr/Ti比发现了准同型相界,在附近压电活性最高,所有样品的晶粒发育良好,致密度很高,当x=0.50时,陶瓷材料具有的综合性能最优。然后,研究了金属氧化物Fe2O3和Cu O相对含量对陶瓷材料烧结温度及电学性能的影响。发现Fe2O3/Cu O增加,陶瓷烧结温度下降,同时改善了电学性能。当烧结温度为1020℃陶瓷的综合性能最优:ρR=98%,εT33/ε0=1751,d33=385 p C/N,kp=0.62,Qm=1150,tanδ=0.31%,Tc=321 ℃。最后,基于BMn S高居里温度和高Qm的特点,采用固相合成法制备出BMn S-PZN-PZT四元系大功率压电陶瓷,研究了准同型相界附近的相结构变化、显微组织形貌、铁电性能、压电和介电性能。发现随着Zr/Ti比的增加,陶瓷相结构由四方相逐渐转变为三方相,晶粒发育良好,致密度高,当烧结温度为1120℃,Zr/Ti=0.48/0.52时,材料的综合性能最优:ρR=97%,εT33/ε0=1450,d33=285 p C/N,kp=0.53,Qm=1525,tanδ=0.76%,Tc=297 ℃。通过添加金属氧化物Fe2O3,陶瓷材料的烧结温度进一步降低至1040 ℃,并增加平均粒径,促进陶瓷的致密化,改善了压电和机电性能。实现了优化性能和低温烧结的目的。其具有低于传统PZT基大功率压电陶瓷的烧结温度,并在1040 ℃烧结,掺杂量y=0.7mol%时具有良好的综合性能:ρR=98%,εT33/ε0=1615,d33=305 p C/N,kp=0.56,Qm=1678,Tc=302℃。与传统的压电陶瓷相比,目前研究的组成具有低烧结温度和优异的压电性能,表明其可满足大功率器件的低成本和实用化的要求。
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