PSN-PZT压电陶瓷低温烧结研究

论文摘要

本文根据开关型叠层微位移驱动器对压电陶瓷材料的使用要求,即在较低的烧结温度下有高的机电耦合系数kp、高的压电应变常数d33、高的相对介电常数εr和适中的机械品质因数Qm,从掺杂改性、添加助烧剂和烧结工艺等几个方面对三元系0.02Pb（Sb0.5 Nb0.5）O3-0.98 Pb （Zr0.51Ti0.47）O3（简称为PSN-PZT）陶瓷进行了研究,以期满足叠层微位移驱动器的使用。采用传统固相反应法制备陶瓷粉料,通过Fe3+和Ba2+离子的掺杂,研究不同工艺对PSN-PZT压电陶瓷介电和压电性能的影响。研究结果表明:Fe3+离子的加入（0.35%mol）能显著提高此体系的介电性能和压电性能,其助熔效果促进了晶粒的生长和陶瓷的致密化烧结;选取适当的预烧工艺可以减少陶瓷化学计量比的偏移,提高陶瓷的性能;在此基础上,Ba2+离子的加入（3%mol）进一步改善了陶瓷的综合性能。为了进一步降低烧结温度,使陶瓷材料可以与低含量银钯电极匹配,在离子掺杂改性的基础上,研究了添加B-Si-Pb玻璃和氧化物对陶瓷结构和性能的影响。当添加0.5wt%B-Si-Pb玻璃时,陶瓷相结构没有发生改变,在1100℃烧结能够得到符合要求的性能,但是温度继续降低时性能恶化,说明B-Si-Pb玻璃降温效果有限。添加0.1wt%的ZnO,能够使陶瓷晶粒长大,瓷体致密度和陶瓷的各项性能都明显提高。继续添加0.1wt%的SiO2所产生的液相有利于气孔的排出,能够促进陶瓷在较低温度（1050℃）下的致密烧结,通过对升温速率保温时间等烧结工艺的研究最终得到了有一定实用价值的压电陶瓷材料,各项性能分别为:相对介电常数εr=1657.4,介电损耗tanδ=0.0179,压电应变常数d33=425pC/N,机电耦合系数k31=0.345,机械品质因数Qm=58.5。因此PSN-PZT+0.1wt%ZnO+ 0.1wt%SiO2三元体系有望成为开关型叠层微位移驱动器用的候选材料。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 压电陶瓷研究现状
• 1.3 实验过程
• 1.4 本文的研究内容及意义
• 3+和Ba²⁺ 取代对PSN-PZT 陶瓷的影响'>2 Fe³⁺和Ba²⁺ 取代对PSN-PZT 陶瓷的影响
• 3+取代对PSN-PZT 陶瓷的影响'>2.1 Fe³⁺取代对PSN-PZT 陶瓷的影响
• 2+ 取代对PSFN-PZT 陶瓷的影响'>2.2 Ba²⁺ 取代对PSFN-PZT 陶瓷的影响
• 3+和Ba²⁺ 取代对PSN-PZT 陶瓷MPB 的影响'>2.3 Fe³⁺和Ba²⁺ 取代对PSN-PZT 陶瓷MPB 的影响
• 2.4 本章小结
• 3 B-Si-Pb 玻璃掺杂对PBSFN-PZT 陶瓷的影响
• 3.1 B-Si-Pb 玻璃掺杂对PBSFN-PZT 陶瓷结构的影响
• 3.2 B-Si-Pb 玻璃掺杂对PBSFN-PZT 性能的影响
• 3.3 烧结温度对B-Si-Pb 玻璃掺杂的PBSFN-PZT 电性能的影响
• 3.4 本章小结
• 4 氧化物掺杂对PBSFN-PZT 陶瓷的影响
• 4.1 ZnO 掺杂对PBSFN-PZT 陶瓷的影响
• 2 掺杂对PBSFN-PZT 陶瓷的影响'>4.2 SiO₂ 掺杂对PBSFN-PZT 陶瓷的影响
• 4.3 本章小结
• 5 全文总结和进一步研究工作
• 5.1 全文内容总结
• 5.2 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读硕士学位期间发表的论文目录