低溫?zé)Y(jié)PZT-PFW-PMN系壓電陶瓷電性能的研究.pdf

1、本文根據(jù)大功率多層壓電陶瓷變壓器對(duì)壓電陶瓷材料的使用要求，即在較低的燒結(jié)溫度下具有高的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Q<,m>、高的機(jī)電耦合系數(shù)K<,p>、高的壓電常數(shù)d<,33>和低的介質(zhì)損耗tan δ，從燒結(jié)工藝、添加助燒劑和摻雜技術(shù)等幾個(gè)方面對(duì)四兀系Pb(Fe<,2/3>W<,1/3>)O<,3>-Pb(Mn<,1/3>Nb<,2/3>)O<,3>-PbZrO<,3>-PbTiO<,3>(縮寫PFW-PMN-PZT)陶瓷進(jìn)行了研究，以期滿足大功率多

2、層壓電變壓器的使用。 主要內(nèi)容如下：采用傳統(tǒng)固相法制備了PZT-PFW-PMN壓電陶瓷。詳細(xì)地研究了助燒劑LiM<,2>CO<,3>、LiSbO<,3>、CuO-PbO、YMnO<,3>和BiFeO<,3>含量變化對(duì)陶瓷燒結(jié)溫度、微觀結(jié)構(gòu)及電性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)Li<,2>CO<,3>的摻雜量為0.30wt.％時(shí)，陶瓷的燒結(jié)溫度雖然降到了1020℃，但是壓電性能卻大幅度惡化，其值分別為：d<,33>=413 pC/N，K

3、<,p>=0.55，Q<,m>=882，tanδ=0.0062和T<,c>=295℃；同樣，當(dāng)LiSbO<,3>的含量為0.10 wt.％時(shí)，相比Li<,2>CO<,3>的摻雜，雖使燒結(jié)溫度降低到930℃，但同時(shí)壓電性能的惡化更為明顯，尤其是Q<,m>更低，其值為698。而CuO-PbO雖能保持較好的電性能，其性能分別為：d<,33>=331 pC/N，K<,p>=0.56，Q<,m>=1724，tanδ=0.0055和ε<,r>=19

4、75，但其燒結(jié)溫度為1120℃，有一點(diǎn)偏高；而YMnO<,3>和BiFeO<,3>的加入使陶瓷的燒結(jié)溫度從1200℃降到了1020℃，降了180℃之多，使得陶瓷材料具有比較優(yōu)良的壓電性能。當(dāng)YMnO<,3>含量為0.30 wt.％時(shí)，能有效的促進(jìn)固溶體的形成，且陶瓷樣品具有比較優(yōu)良的壓電性能，其性能為：d<,33>=341 pC/N，K<,p>=0.57，Q<,m>=1393，tanδ=0.0053和T<,c>=304℃。另外，當(dāng)BiF

5、eO<,3>的含量為0.20 wt.％時(shí)，陶瓷晶粒分布趨于均勻，氣孔減少，致密性提高，陶瓷獲得較好的顯微結(jié)構(gòu)，樣品的綜合性能要比0.30 wt.％YMnO<,3>添加的PFW-PMN-PZT系壓電陶瓷性能較優(yōu)，其性能為：d<,33>=309 pC/N，K<,p>=0.59，Q<,m>=1551，ε<,r>=1723，tanδ=0.0056和T<,c>=308℃。 為了進(jìn)一步降低陶瓷的燒結(jié)溫度，使其與低含量鈀內(nèi)電極漿料相匹配，降低

6、生產(chǎn)成本，同時(shí)能夠保持陶瓷良好的壓電性能，以滿足多層壓電陶瓷變壓器的工程應(yīng)用。我們以ZnO為摻雜劑，詳細(xì)地研究了ZnO含量對(duì)四元系PZT-PFW-PMN-0.20 wt.％BiFeO<,3>壓電陶瓷燒結(jié)溫度、相結(jié)構(gòu)、顯微組織的影響和壓電性能的改善。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：隨著ZnO含量的增加，體系的相結(jié)構(gòu)從四方相轉(zhuǎn)變?yōu)榱夥较?，陶瓷晶粒逐漸長(zhǎng)大，陶瓷的d<,33>、K<,p>和Q<,m>均呈先增加后降低，tanδ呈先下降，隨后略有增加。當(dāng)ZnO的含