大功率基pmszt压电陶瓷的机电性能及稳定性研究

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1、中文摘要大功率压电陶瓷要求材料不但在强场下有小的介质损耗，大的机械品质因数。同时兼备一定的压电常数和机电耦合系数。另外在压电器件的使用过程中，要求陶瓷的温度和时间稳定性要好。为了实现上述性能要求，本文研究了锆钛比，硬性添加物Mn02，Ni203，软性添加物Nb205，Pr6011和两性添加物Cr203对组成在准同型相界的Pb。(Mnl，3Sb2，3堀bTil。，03(PMSZT)压电陶瓷的机电性能及稳定性的影响。并探讨了其温度稳定性和时间稳定性的机理。另外通过加入NiW添加剂对PMSZT进行了低温烧结的研究。实验结果表明，对于Pba(MnlaSb

2、2，3船rv啊1。03压电陶瓷，准同型相界位于x=0．05，y--0．47附近；铅含量a=1．02时，Pbl∞(Mnl胆Sb∞)005zrn棚04d03机电性能最佳：s三，氏=1350，d33=320pC／N，Kp=62％，Qh=2400，tanS=0．0029。对于锆含量y--0．47的准同型相界处，谐振频率的相对变化率较小。-25～80℃温度范围内，‘，K31和d3l的平均温度系数分别为，TC仁142×10勺℃，T℃K3l=-0．086％／'(2，TCd31=0．118％，℃。适量的软性，硬性及两性离子掺杂，优化了PMSzT三元系陶瓷的介电和

3、压电性能。综合考虑离子掺杂对机电性能及稳定性的共同影响发现，锰掺杂较其它镍，铌，镨和铬掺杂更为优良。机电性能较好的锰过量0．1wt％的组成，．25—80℃温度范围内的‘，K31和d31平均温度系数分别为72×10■℃，-0．027％／℃，0．100％／℃，未掺杂相比要小。镍掺杂较其它的锰，铌，镨和铬离子掺杂更为明显的提高该体系的机电性能。该组成对机电耦合系数和压电常数的温度稳定性有所改善，但对于谐振频率温度稳定性改善不大。铬掺杂量小于0．6wt％的样品，C，K3l和d3l的温度稳定性变好，可以改善体系的温度稳定性。但机电性能稍差。掺杂量达到0．6

4、wt％时，机电性能较其它的掺杂要好，但Tc馓大。PMS一)．01PNW-0．94PZT体系不仅可以使材料的烧结温度降低到1090℃，而且压电性能优良，温度稳定性良好，si／Eo=1560，tan6=O．005，K。=0．665，Qk=1900，d33--360pCm，TCfr=20x101℃，’T℃K口-一0．010％d'C，TCd3l一0．0780／o／℃。通过研究锆含量对PMSZT老化性能的影响发现，三方相区的组成其谐振频率厅随着时间延长是降低的，介电常数是增加的，这和一般的压电陶瓷表现恰恰相反。本文证实了对三方相组成确实存在这样的变化规律，

5、并从理论上给出了解释。PMS-0．01PNW-0．94PZT体系及硬性掺杂使PMSZT陶瓷的抗老化性能改善。热处理能显著改善PMS4)．OlPNw_o．94PZT压电陶瓷的压电老化特性。关键词：大功率；PMSZT陶瓷；掺杂；低温烧结；温度稳定性；老化ABSTR^CTABSTRACTItisdesirableforhigh-powerpiezoelectricceramicstocombinealowdielectriclossahighmechanicalqualityfactorwithahighpiezoelectricconstantand

6、ahiighplanarcouplingfactor．Thepropertiesofpiezoelectricceramicsfluctuatewiththechangeoftemperatureduringtheoperatingofthedevices,sometimes，whichwilldebasethecharacteriaicsofthedevices．Inaddition，agingeffectsoiltheelectricalpropertiesofpiezoelectricceramicsisveryimportantinsel

7、ectingoptimumcompositionsforpracticalapplication．Soitisrequireforhigh-powerpiezoelectricceramicstohaveexcellenttemperaturestabilityandtimestability．Fromthispointofview,theinfluencesoftheZr／Tiratio，theacceptordopantsMn02．Ni203，donordopantsNb205，Pr6011，andCr20sdopantsontheelect

8、romechnicalpropertiesandstabilityofPMSZTceramicswereinvestigated．Mor