大功率高稳定性压电陶瓷材料的研究

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1、中文摘要本论文运用传统的高温固相反应法合成了Pb(Snl／3Nb2／3)03．Pb(Znl／3Nb2／3)03一PbTi03一PbZr03四尢系压电陶瓷，通过改变该系统的组成、进行添加改性和调整工艺等来实现大功率高稳定性压电陶瓷材料的高机械品质因数、高机电耦合系数、高压电系数、高强场下的低损耗以及良好的温度和时间稳定性的要求。该系统材料在960℃左右的预烧温度，1260℃附近的烧结温度下，并运用二次合成方法的工艺条件下得到材料的微观、介电和压电性能较佳。最佳的极化温度为130℃，极化时间为30min，极化场强

2、为3kV／mm。随着sr”、Ba2+的A位固溶量的增加，虽然一定程度上提高了压电性能，但是却大大降低材料的居罩点温度Tc，这就限制了材料的实际应用。cr的掺杂使得d33和633／50随其添加量的增加而增大，当加入量为0．5wL％时达到最大，然后随着铬的量增加而下降。结合XRD、SEM和EPR等分析手段分析，cr的掺杂量较小时，高价铬在材料中起主导地位。当增大Cr的掺杂量时，渐渐低价起到主要掺杂改性的作用。并且cr含量超过0．7wt％时，就大于了cr在该系统中的“溶解度”，剩余的Cr会聚积在晶界，阻碍晶粒的长大

3、，导致材料性能的恶化。强场性能分析表明cr的掺杂会使材料的介电损耗有些增大。cr的掺杂会明显提高PSN．PZN．PZT材料的温度和时间稳定性。综合比较，较好的实验结果是在PSN—PZN．PzT材料中添加0，5wt％Cr，各项性能参数分别为：压电常数d33=350pC／N，机械品质因数Q。=1790，机电耦合系数K。=o．553，居里温度Tc=323℃。介质损耗因子t96C／o)=o．54(1V／mm)，1．0(200V／mm)、1．5(400V／ram)．2．0(600V／mm)。老化参数i．nI=O．188

4、％。频率温度系数TCF。=13ppm／C。关键词：PSN—PZN．PZT，掺杂，大功率，时间和温度稳定性ABSTRACTTomeettherequestofthehighelectromechanicalcouplingfactor(KP)，highmechanicalqualityfactor(Qm)，lowdielectriclossunderhighelectricfieldconditionandexcellentageingrateandtemperaturecoefficientofresonan

5、tfrequencyceramicsforhighpowerapplication，Pb(Snl／3Nb2／3)03一Pb(Znl／3Nb2，3)03_PbTi03一PbZr03quaternarypiezoelectricceramicswerepreparedbyconventionalsolidstatereactionmethodwithvaryingtheratioofZr／Ti，dopantcontentandoptimizingprocessing．At960℃calcingtemperatur

6、e，1260℃sinteringtemperature．themicrostructure，dielectricandpiezoelectricpropeaiesofPSN—PZN—PZTceramicsachievemaximumvaluesbythetwicesynthesismethod．Theoptimumpolingcondition：polingtemperatureis130。C，polingtimeis30min，polingelectricfieldiS3kV／mmm。Withtheaddi

7、tionofSr2+、Ba”，theCuretemperaturethePSN．PZN—PZTceramicsweredeceasedgreatly,althoughthepiezoelectricpropertiesofthemwereenhanced．d33ands刍／eoofsampleswereincreasedbyincreasingCrcontent．Beyondo，5wt％，thevaluesofd33ands二／o％decreased．ByXRD、SEMandEPR，theresultindi

8、catedhighvalenceofCrionplayallimportantroleinceramics，astheCrcontentislow．WhenCrcontentincreasing，thepropertiesaredominatedbythelowvalenceOfCrion．WhenCrcontentisaboveO．7wt％，surplusCrwillaccumulateatthe