CaZrO3改性KNN基无铅压电陶瓷结构与电学性能研究

通过固相反应法制备(1-x)(K0.48Na0.52)0.96Li0.04(Nb0.96Sb0.04)O3-xCaZrO3(KNN-xCaZrO3)无铅压电陶瓷,获得了正交-四方(O-T)多晶共存相。结果表明:未经改性的KNN基陶瓷为正交相,CaZrO3引入后出现了四方相,体系的压电性能也得到了改善;随着CaZrO3含量的增加,四方相含量增加。在x=0.03~0.04范围内,O-T两相共存,并且在x=0.03时陶瓷具有优异的压电性能:d33=252pC/N,kp=0.55。当x=0.06时,陶瓷为贋立方相结构,性能急剧恶化。CaZrO3的引入使KNN正交-四方相变温度(TO-T)向室温偏移,同时也降低了居里温度(TC),室温附近O-T相界共存,促进畴壁运动,是压电性能得以提高的根本原因。

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。

Sm掺杂Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_(3)-PZT压电陶瓷的研究

本文通过一步反应合成法制备了铌镁-锆钛酸铅(Pb(Mg_(1/3) Nb_(2/3))O_(3)-Pb(Zr,Ti)O_(3),PMN-PZT)压电陶瓷,研究了稀土元素钐(Sm)掺杂对PMN-PZT(x%(摩尔分数)Sm-PMN-PZT)结构与电学性能的影响规律,得到了具有高压电性、高机电耦合系数和高居里温度的压电陶瓷。当x=2.0时,压电常数d_(33)=611 pC/N,机电耦合系数k_(p)=0.68,介电损耗tanδ=1.65%,相对介电常数ε_(r)=2650,居里温度T_(C)=283℃。测试压电陶瓷电致应变性能,在3 kV/mm下单极电致应变达到0.20%,显示出其大应变材料的特征。结果表明,Sm掺杂PMN-PZT压电陶瓷具有优异的综合电学性能,有望在换能器、传感器以及致动器等领域广泛应用。

一步法合成的2.0%Sm-0.25Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_(3)-0.75Pb(Zr_(1-x)Ti_(x))O_(3)压电陶瓷的压电性能

通常采用两步合成法制备铌镁酸铅-锆钛酸铅(Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_(3)-Pb(Zr,Ti)O_(3),PMN-PZT)压电陶瓷,即先合成MgNb_(2)O_(6)前驱体。工业生产中,两步法生产效率相对较低,成本高,并影响产品性能的一致性。本工作通过高效及低成本的一步合成法,研制了高致密度和高压电性能的2.0%(摩尔分数,下同)Sm-0.25Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_(3)-0.75Pb(Zr_(1-x)Ti_(x))O_(3)(Sm-PMN-PZT)压电陶瓷。在x=0.52~0.53范围内,构建了三方相、四方相(R-T)共存的准同型相界(MPBs);Sm3+的引入增强了局域结构异质性,外电场下铁电相变的势垒较低,即自由能曲线的曲率最小,压电性能得到优化。当x=0.525时,陶瓷具有最优的综合电学性能,压电系数d33=645 pC/N,机电耦合系数k_(p)=0.657,相对介电常数ε_(r)=3110,介电损耗tan=1.78%,居里温度T_(C)=242℃。采用瑞利定律分析可知,晶格贡献和可逆畴壁运动的内部压电响应,以及不可逆畴壁运动的外部压电响应均得到提高是该组分陶瓷获得高压电性的重要原因。

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%。

压电陶瓷球壳制备工艺研究

为实现一体化制备完整球形压电陶瓷,文章对压电陶瓷球壳制备工艺进行研究,制备得到了具有高致密度、完整的压电陶瓷球壳烧结体,通过后续球壳加工、被银、极化等步骤,可得到球形压电陶瓷。通过制备完整的压电陶瓷球壳烧结体,为后续球形压电陶瓷的制备提供先决条件。