基于Pb(Sb_(1/2)Nb_(1/2))O_(3)-Pb(ZrTi)O_(3)的高灵敏度压电陶瓷研究

改善锆钛酸铅(PZT)压电陶瓷灵敏度并增强其在静水压下的稳定性具有重要的实际意义。本文采用传统固相反应法,制备了xPb(Sb_(1/2)Nb_(1/2))O_(3)-(1-x)Pb(Zr_(0.52)Ti_(0.48))(PSN-PZT,x=0.018,0.020,0.022,0.025,0.030)压电陶瓷,研究了PSN对PZT压电陶瓷物相、显微形貌、居里温度、介电性能、铁电性能及压电性能的影响,对比测试了PSN-PZT及传统高灵敏度压电陶瓷在5~30 MPa的灵敏度。结果表明,PSN的引入能明显改善PZT压电陶瓷灵敏度,提升其静水压优值(HFOM)。当x=0.020时,PSN-PZT陶瓷拥有最佳的电学性能,此时平面机电耦合系数k_(p)=0.641、纵向压电应变常数d_(33)=325 pC/N、横向压电电压常数g_(31)=16.642 mV·m·N^(-1)、等静压压电电压常数g h(5 MPa)=9.91 mV·m^(-1)·Pa^(-1)、HFOM(5 MPa)=679×10^(-15) Pa^(-1)。

人工关节材料的研究进展

高可靠性、耐磨人工关节材料的研究开发对人工关节的临床应用极为重要。简述了人工关节的分类,对Al2O3与ZrO2人工关节的研究现状、可靠性和耐磨机制进行了综述,对ZrO2的增韧机理和稳定剂CeO2进行了讨论,最后对Ce-TZP／Al2O3作为一种新的人工关节材料在临床上的应用进行了展望。

压电材料的研究发展方向和现状

概述了目前压电材料的主要研究发展方向,详细介绍了弛豫铁电单晶、压电复合材料和高温压电陶瓷;并对三元及多元系压电陶瓷、压电薄膜、细晶粒压电陶瓷和无铅压电陶瓷进行了简要讨论。

Al2O3／10Ce-TZP人工关节用复合材料的制备及烧结性能

分别采用可低温烧结日本产Al2O3和国产纳米Al2O3粉料以及ZrOCl2·8H2O、Ce(NO3)3·6H2O用共沉淀法制备了Vol(Al2O3)∶Vol(10Ce-TZP)=85∶15两种ZTA复合材料。利用XRD、TEM对合成的复合粉料的相组成和颗粒形貌进行分析,同时通过体积密度测定和SEM研究了试样的烧结性能。研究结果表明:CeO2和Al2O3能够共同稳定t-ZrO2,在相同煅烧温度的条件下,氧化铝粉越细,对ZrO2晶粒生长的抑制越明显。与国产纳米Al2O3相比,高活性日本产Al2O3能使该复合材料的烧结温度降低100℃。

压电陶瓷振动振幅的测量

采用激光多谱勒法测量了P4、P8和P5压电陶瓷元件的振动振幅,进而确定压电陶瓷振幅最大时的频率,并且与导纳电桥法测得的频率进行了比较。实验证实采用激光多普勒法可以准确测量压电陶瓷的振动振幅和谐振频率,并且机械品质因数Qm越大,测得的谐振频率越准确,这为评价压电陶瓷元件的质量提供了一种新的手段。

Ni_(2)O_(3)掺杂对大功率压电陶瓷性能的影响

为获得综合性能较好且原材料成本低的二元系大功率压电陶瓷材料,采用电子陶瓷制备工艺,制备了Pb(Zr_(0.52)Ti_(0.48))O_(3)+amol%CaFeO_(5/2)+xwt%Ni_(2)O_(3)压电陶瓷,研究了Ni_(2)O_(3)掺杂量对陶瓷介电及压电性能的影响,并对其晶粒形貌、铁电性能及居里温度进行了表征。实验表明,适量Ni_(2)O_(3)掺杂可以改善压电陶瓷的介电及压电性能,在Ni_(2)O_(3)掺杂量为0.10wt%时,制备的压电陶瓷综合性能最佳,具体参数如下:ε_(33/)^(T)ε_(0)=1259,tgδ=0.24%,K_(p)=0.552,d_(33)=268pC/N,Q_(m)=882;陶瓷断面SEM测试表明,晶粒大小均匀、细晶,断裂方式以沿晶断裂为主;铁电测试表明,室温下其电滞回线呈“束腰”形状,随着测试温度增加,电滞回线逐渐打开,110℃时,呈现出典型的铁电电滞回线,此时矫顽场E_(c)=1472V/mm,内偏置场E_(i)=225V/mm;居里温度测试表明,T_(c)=313℃、在室温~100℃范围内,tgδ≤0.50%。

固相合成法制备工程化应用的大应变压电陶瓷材料

随着我国科技水平的飞速发展,激光惯性导航系统的精度要求越来越高。采用工业级原材料,通过固相合成法制备了铌锑-铌镍-锆钛酸铅(PSN-PNN-PZT)四元系大应变压电陶瓷材料,讨论了不同含量Sr对PSN-PNN-PZT压电陶瓷材料介电性能、压电性能的影响。结果表明:当Sr含量为1%(摩尔分数)、n(Zr)/n(Ti)=43/57(摩尔比)时,PSN-PNN-PZT组成位于准同型相界附近,压电陶瓷性能较优,获得了一种相对介电常数ε^(T)_(33)/ε_(0)、机电耦合系数k_(p)、压电常数d_(33)、介电损耗tanδ、居里温度T_(c)分别为4090、0.664、686 pC/N、0.0165及213℃的大应变压电陶瓷材料;基于该材料配方制备的∅24 mm×∅5 mm×0.4 mm压电陶瓷圆环,在100 V的驱动电压下产生的应变量能达到2.5005μm,较现有的PZT-14(P14)材料提升32.4%,能应用于高精度激光陀螺稳频器中,提高压电陶瓷微位移驱动器的可靠性。

Zr/Ti比对PMN-PZT压电陶瓷结构与电学性能的影响研究

文章制备了铌锰-锆钛酸铅压电陶瓷(0.04Pb(Mn1/3Nb2/3)O3-0.96Pb(ZrxTi0.995-x)O3),研究了Zr/Ti比对该体系结构与电学性能的影响。在Zr/Ti=0.515/0.48~0.50/0.495的范围内,该体系具有四方相结构。当Zr/Ti=0.505/0.49时具有最佳的电学性能,此时d33=344 pC/N,kp=0.55,tanδ=0.26%,εr=1400,Qm=917,TC=366℃。此外,在E=3 kV/mm下,该组分具有矫顽场EC=1559 V/mm、内偏置场Ei=706 V/mm的铁电性能。结果表明,该组分有望实现大功率发射用压电陶瓷的技术应用。

一步合成法制备高灵敏度0.1PZN-0.12PNN-0.78PZT压电陶瓷

常用的软性接收型压电陶瓷材料压电性能良好,但灵敏度较低(g_(31)=6×10^(-3)V·m/N~9×10^(-3)V·m/N),不利于在水听器领域的应用。为了获得适用于工业生产的高灵敏度压电陶瓷材料,文章采用工业级化工原料通过一步合成法制备了铌锌-铌镍-锆钛酸铅(0.1 Pb(Zn_(1/3)Nb_(2/3))O_(3)-0.12 Pb(Ni_(1/3)Nb_(2/3))O_(3)-0.78 Pb(Zr_(1-x)Ti_(x))O_(3),x=0.475~0.51)压电陶瓷,研究了锆含量x变化对于该体系压电陶瓷微观形貌及电学性能的影响。结果表明,该体系在x=0.485时,具有最佳综合电学性能,此时ε_(r)=2 330,k_(p)=0.673,d_(33)=575 p C/N,tanδ=1.7%,Q_(m)=71,T_(c)=307℃,E_(c)=1 091 V/mm,但接收灵敏度(g_(31)=7.891×10^(-3)V·m/N)与常规软性材料无太大差异;当x=0.50时,该体系具有最高的灵敏度(g_(31)=10.875×10^(-3)V·m/N)以及较高的综合电学性能,此时ε_(r)=885,k_(p)=0.625,d_(33)=334 p C/N,tanδ=1.84%,Q_(m)=100,T_(c)=293℃,E_(c)=795 V/mm,该组分在水听器领域具有很高的应用潜力。