Co、Sm共掺杂PZN-PZT压电陶瓷的低温烧结与电性能研究

试验采用传统固相法,成功制备出Co、Sm共掺杂的Pb_(0.95)Ba_(0.05)(Zn_(1/3)Nb_(2/3))_(0.2)(Zr_(0.52)Ti_(0.48))_(0.8)O_(3)+0.6mol%Co_(2)O_(3)+0.04mol%Sm_(2)O_(3)三元系压电陶瓷。研究分析了不同烧成温度下PZN-PZT压电陶瓷材料的压电性能、介电性能、相组成及其微观结构。结果显示,Co、Sm共掺杂不仅改善了PZN-PZT的压电、介电综合性能:d_(33)=301 pC/N,K_(p)=0.72,ε_(r)=1486.46,tanδ=0.11%,Q_(m)=515,而且将材料的烧成温度降低到950℃。

PZN-PZT压电陶瓷及其PVDF压电复合材料的制备和性能

采用固相烧结法合成了 PZN- PZT(铌锌锆钛酸铅 )三元系压电陶瓷烧结块材和粉末 ,并采用 XRD、SEM等测试方法对其结构和性能进行了分析。PZN- PZT常压烧结陶瓷具有优良的压电性能 ,PZN- PZT颗粒粒径在 0 .5～ 4 μm之间 ,颗粒形态不太规整。采用溶液共混法将 PZN- PZT粒子均匀分散于 PVDF基体中 ,制备了 PZN- PZT/PVDF0 - 3型压电复合材料。研究了 PZN- PZT质量分数、极化电场等因素对该压电复合材料压电和介电性能的影响。实验结果表明 ,选用压电活性更高的压电陶瓷粉末进行复合 ,可有效提高压电复合材料的压电性能。增加 PZN-PZT质量分数。

氧化铁掺杂对PMnS-PZN-PZT压电陶瓷性能的影响

通过对晶体结构与压电、介电性能测试,探讨了Fe2O3掺杂对PMnS-PZN-PZT陶瓷压电性能的影响。结果表明,PMnS-PZN-PZT陶瓷结构位于三方、四方相共存的MPB区间,Fe2O3掺杂导致晶体三方、四方相结构含量发生变化。当Fe2O3掺杂含量为0.45wt%时,晶体结构位于准同型相区间偏四方相结构的位置,压电与介电性能达到最佳:tanδ=0.12%,d33=356pC.N-1,kp=0.60,Qm=745,在230℃以下的温度范围具有很好的频率温度稳定性。

PZN-PZT压电陶瓷高温石墨还原行为研究

为研制具有超大位移量的 Ｒ Ａ Ｉ Ｎ Ｂ Ｏ Ｗ 新型压电微位移驱动器， 对制备该器件所用铌锌酸铅锆钛酸铅（ Ｐ Ｚ Ｎ Ｐ Ｚ Ｔ） 压电陶瓷材料的还原行为进行了初步研究， 观察到还原样品断口上呈现出清晰的多层层次结构采用 Ｓ Ｅ Ｍ、 Ｘ Ｒ Ｄ 和电导率测量等研究方法， 研究了还原样品各层次的断口形貌、物相组成和导电类型， 对 Ｐ Ｚ Ｎ Ｐ Ｚ Ｔ 压电陶瓷材料在高温下被石墨还原的过程和机理作了初步解释研究表明还原反应是按照先晶界后晶粒的顺序进行， 各层的导电类型随还原程度由浅到深呈现出绝缘体型半导体型金属型的变化规律， 对于轻度还原层， 仍保持着初始的固溶体晶相结构， 相应地对深度还原层， 初始晶相结构已被破坏，

PMS-PZN-PZT压电陶瓷材料的性能研究

采用传统的陶瓷制备工艺制备了PMS-PZN-PZT四元系压电陶瓷,探讨了不同烧结温度对材料性能的影响,以期获得材料的最佳制备工艺。实验结果表明,此四元系材料具有较宽的烧结温度范围;在1200℃烧结工艺条件下,材料的机电耦合系数与压电常数最大,介电损耗最小,介电常数适中。

预烧温度对PZN-PZT压电陶瓷电性能的影响

采用传统固相法制备了化学计量比为0.3Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-0.35PbTiO3-0.35PbZrO3的压电陶瓷,研究了所制陶瓷的预合成温度对其微观结构和压电介电性能的影响。结果显示,当预合成温度大于800℃时可以获得纯钙钛矿相,低于800℃钙钛矿主晶相不明显且有很多杂相产生。当预烧温度为775℃时,经1 125℃保温3 h烧结的陶瓷具有最佳综合性能:d33=431 pC/N、k31=0.36、Ec=9.98×103 V/mm、Pr=22.52×10–6 C/cm2、εr=1 874、tanδ=0.024、ρ=7.88 g/cm3。

增材制造钛酸钡压电陶瓷的高温烧结与极化工艺研究

为提高增材制造BaTiO_(3)压电陶瓷的综合性能,本文研究了BaTiO_(3)压电陶瓷的浆料剪切变稀特性及数字光处理(DLP)成型特性,揭示了DLP成型BaTiO_(3)压电陶瓷坯体在不同烧结温度条件下的致密化机制,探索了极化方向对DLP成型BaTiO_(3)陶瓷压电性能的影响规律。结果表明,调节高温烧结与极化工艺,可以在一定程度上改善DLP增材制造BaTiO_(3)压电陶瓷的电学性能。当烧结温度为1420℃、保温时间为2 h时,压电系数d_(33)最大,为163.4 pC/N,样品层间结合紧密,晶粒尺寸均匀。当Z轴与极化方向夹角由0°变为90°时,相对介电常数εr和d_(33)分别提高了29.37%和27.01%。当固含量为80%(质量分数)、烧结温度为1420℃、Z轴与极化方向夹角为90°时,样品d_(33)最大,达到182.4 pC/N。

压电陶瓷驱动的MEMS微结构底座激励方法研究

介绍了基于压电陶瓷底座激励方法的发展现状,总结了激励方法在具体实现方式上存在的问题。压电陶瓷在工作过程中会受到横向剪切力作用,导致压电陶瓷的损坏;弹性底座反复变形会导致微结构脱落。设计了一种由带有球冠状凹槽的上联接块和带有球冠状凸起的下联接块组成的点接触式可动底座结构,并设计了一种由圆柱安装体和三个安装臂组成的弹性底座,制作了基于压电陶瓷的底座激励装置,搭建了微结构动态特性测试系统,并对两种微结构的动态特性进行了测试实验,结果表明改进后的压电陶瓷底座激励装置可以有效的实现对微结构的激励。

B位空位补偿型钐掺杂PZT(54/46)陶瓷中的缺陷分析及其对压电性能的影响

-用固相反应法制备了B位空位补偿型钐掺杂非准同型相界组分PZT(54/46)陶瓷.通过正电子湮没寿命谱(PALS)和符合多普勒展宽能谱(CDBS)对陶瓷中的缺陷结构进行综合表征,结合常规表征手段如X射线衍射(XRD),电子扫描显微镜(SEM),介电、铁电和压电性能测量,研究缺陷对陶瓷压电性能的影响.XRD结果显示所有陶瓷均为纯钙钛矿相,掺杂诱导了菱方-四方(R-T)相变,准同型相界位于Sm掺杂量x=0.010.02.电学测量结果反映:介电、铁电和压电性能均先增强后减弱,MPB附近两个样品都有优异的介电和铁电性能,但其压电性能差别很大.x=0.01给出最优压电性能d_(33)=572 p C/N,较未掺杂样品增强了一倍.PALS结果表明掺杂使陶瓷中缺陷类型发生变化,x≤0.01,样品中同时含有A位空位与B位空位;x≥0.02,样品中以A位相关缺陷为主,B位空位浓度很低.CDBS结果进一步证实x=0.01和0.02中B位空位浓度分别是该体系中最高和最低的.由以上结果推断出:x=0.01获得的最优压电性能与其中较高浓度的B位空位有关,B位空位可稀释A位空位浓度,降低氧空位浓度,从而降低A位空位与氧空位形成缺陷偶极子的几率,促进畴壁运动,使压电性能增强.

BF-PT-BZT三元系高温压电陶瓷的介电压电温度稳定性

采用传统固相反应法制备0.54BiFeO_(3)-0.33PbTiO_(3)-0.13Ba(Zr_(x)Ti_(1-x))O_(3)(BF-0.33PT-0.13Ba(Zr_(x)Ti_(1-x)),0.4≤x≤0.8)三元系压电陶瓷,研究了Zr含量(x)对陶瓷的微观结构以及介电、铁电和压电性能的影响。X线衍射(XRD)结果表明,BF-0.33PT-0.13Ba(Zr_(x)Ti_(1-x))三元系陶瓷为单一钙钛矿结构,当0.4≤x≤0.7时,陶瓷相结构为三方-四方相共存;当x=0.8时,陶瓷为三方相结构。扫描电子显微镜(SEM)结果表明,随着Zr含量的增加,陶瓷晶粒尺寸逐渐增加。在25~400℃时,陶瓷的压电常数d 33的波动小于±6%。当x=0.7时,BF-0.33PT-0.13Ba(Zr_(x)Ti_(1-x))具有最优异的综合性能,其介电常数εr、居里温度T_(C)、压电常数d_(33)分别为1194(1 kHz)、438℃和330 pC/N,在25~300℃时,陶瓷的电容温度系数和压电常数变化率分别为16%和8%。结果表明,BF-0.33PT-0.13Ba(Zr_(0.7)Ti_(0.3))陶瓷在高温压电器件中具有较广的应用前景。

硬性BSPT基高温压电陶瓷温度稳定性研究

采用固相合成法在1125~1175℃烧结范围内制备了0.15BiScO_(3)-0.85(Pb_(0.88)Bi_(0.08))(Ti^(0.97)Mn_(0.03))O_(3)(BSPT-Mn)高温压电陶瓷。所有样品均为纯相,晶粒尺寸分布符合正态规律,掺杂元素均匀,未发现明显的富集现象。研究表明,在1150℃烧结制备的BSPT-Mn高温压电陶瓷的最大机械品质因数为1500.3,在484.4℃温度下压电常数为289.8 pC/N,压电性能良好。

光固化3D打印制备高性能BaTiO_(3)压电陶瓷

光固化3D打印技术在制备异形压电陶瓷方面具有广阔的应用前景。本文采用数字光处理技术制备了钛酸钡(BaTiO3)压电陶瓷,研究了坯体形貌、烧结温度对钛酸钡微观结构的影响。结果表明,曲拉通X-100的引入使陶瓷料浆的黏度小于3 Pa·s,同时陶瓷粉体的引入未改变树脂的性质。陶瓷坯体层间结合良好,且无明显缺陷。烧成后的BaTiO_(3)陶瓷内部含有四方与正交两种晶相,剩余极化强度为27.6μC/cm^(2),矫顽场为4.6 kV/cm,相对介电常数为2512,介电损耗为0.0091,居里温度为167℃,介电常数为182 pC/N。

玻璃掺杂及烧结工艺对BCZT压电陶瓷的影响

采用传统的固相反应法制备了(Ba_(0.85)Ca_(0.15))(Ti_(0.9)Zr_(0.1))O_(3)(BCZT)以及掺杂Al-Mg-Ca玻璃粉的BCZT无铅压电陶瓷。首先研究了预烧温度对BCZT陶瓷粉体的影响,其次研究了掺杂Al-Mg-Ca玻璃粉对BCZT无铅压电陶瓷的烧结性能、介电性能和压电性能的影响。最后通过正交试验确定了其烧结工艺。结果显示BCZT粉体的最佳预烧温度在1100℃。掺杂Al-Mg-Ca玻璃粉能够有效降低BCZT陶瓷的烧结温度。通过烧结工艺正交实验获得了最佳烧结工艺:1100℃预烧,1350℃烧结,升温速度为2℃/min,保温时间为7 h,在110 min降温至800℃。验证正交试验所得到的结果是掺杂Al-Mg-Ca玻璃粉的BCZT陶瓷的居里温度点的介电常数为12228,压电常数d_(33)为425 p C/N。

基于自适应PI模型的压电陶瓷驱动器精密定位方法

由于具备较高的定位精确度,压电陶瓷驱动器在超精密加工、微纳米测试等领域应用广泛,然而压电陶瓷固有的迟滞性严重影响其定位精确度。研究了驱动范围对压电陶瓷驱动器迟滞性的影响,实验得出迟滞性随驱动范围增大而显著。而在压电陶瓷驱动器的实际应用中,驱动范围是其主要的设置参数之一。为此,提出基于自适应Prandtle-Ishlinskii(PI)模型的拟合方法,根据不同驱动范围下获得的迟滞曲线的斜率变化趋势设置分段区间,采用二次规划算法辨识PI模型的权重参数,基于分段区间对迟滞曲线进行拟合,大大提高了拟合精确度。设计基于自适应PI模型的逆模型作为前馈控制器对压电陶瓷驱动器进行迟滞补偿,并搭建基于Labview的实验平台验证了该算法的可行性。实验结果表明,基于自适应PI逆模型的前馈控制器将压电陶瓷驱动器的定位精确度提高至1.8 nm。

基于PMNT陶瓷的1-3型压电复合材料软模板法制备及其超声换能器研究

医用高频超声换能器广泛应用于人体及生物组织的精细结构成像。1-3型压电复合材料因具有较高的机电耦合系数和较低的声阻抗而成为高频超声换能器的核心材料。基于有限元计算和软模板法设计制备了高性能Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_(3)-PbTiO_(3)陶瓷/环氧树脂压电复合材料,并对材料进行了系统的电学性能测试。结果显示该1-3型压电复合材料具有优异的声学综合性能,其厚度伸缩模式机电耦合系数k t达到70.1%,其声阻抗Z a达19.05 MRayl。利用该材料制备了高频超声换能器,其-6 dB带宽达85%,插入损耗为17.7 dB。结果表明使用软模板法制备的压电复合材料具有适合于超声成像的优异的综合性能,有望促进高频超声换能器的商业化应用。

基于LabVIEW的压电陶瓷强场机械品质因数测量系统

压电材料在强场和弱场条件下的机械品质因数Qm存在较大差别,而目前国际上尚没有通用和成熟的压电材料强场Qm表征方法和测量系统。本文设计了一套基于LabVIEW的压电振子强场机械品质因数测量系统并提出一种新的数据处理方法,实现了仪器控制、波形数据读取、信号滤波和拟合,以及Qm值自动计算功能。用该系统测量了圆环和长条压电振子的Qm值随电压和振动速度变化关系,结果表明随着驱动电场和振动速度的增大,样品的机械品质因数急剧减小。该测量系统运行稳定,可实现仪器控制和数据采集的自动化处理,可以满足压电陶瓷强场机械品质因数测量的需要,能极大地提高测试效率。

钛酸钡与铌酸钾钠无铅压电陶瓷研究进展

钛酸钡(BaTiO_(3))和铌酸钾钠(K_(0.5)Na_(0.5)NbO_(3))压电陶瓷因具有环境友好、电学性能良好、居里温度较好等优势而成为国际高新技术材料研究的前沿热点,有望替代部分铅基压电陶瓷应用于国防、航空航天、通信等领域的电子器件中。本文综述了BaTiO_(3)和K_(0.5)Na_(0.5)NbO_(3)压电陶瓷材料的最新研究进展,从构造相界调控压电性能、BaTiO_(3)基压电陶瓷的材料体系设计、K_(0.5)Na_(0.5)NbO_(3)基压电陶瓷的热稳定性及改善、压电陶瓷的新型成型及烧结工艺等方面进行客观分析和总结,并展望了两种材料的未来发展趋势,为开发高性能无铅压电陶瓷提供参考。

基于FPGA的千通道压电陶瓷控制系统

针对微位移压电陶瓷驱动器并行控制系统电路结构复杂、成本高、通道数少等缺点,设计一种采用少量D/A转换芯片和高压模拟开关进行循环通道切换的千通道压电陶瓷控制系统。考虑硬件设计和结构安装等系统性问题,采用12个驱动板和1个主控板的设计架构,每个驱动板以4片、16位AD766模数转换芯片和12片MAX14802高压模拟开关芯片为核心,实现192个通道模拟电压输出,12个驱动板组合成2304个通道的输出;主控板作为通信和控制核心,以Artix7系列FPGA芯片为主控芯片,接收上位机发送的数据和命令,并行控制数模转换以及千通道的切换。通过设计与验证,整个系统工作稳定,每个通道的模拟电压绝对误差均小于0.1 V,相对误差百分比优于1.2%。目前系统已成功应用于某光学系统的压电陶瓷位移控制中,该系统通过驱动板的扩展,也可实现上万通道的控制输出。

Li、Ce掺杂对NBTa-CBN高温压电陶瓷性质的影响研究

采用传统固相反应法制备了Ca_(0.5)(Na_(0.5)Bi_(0.5))_(0.5-3 x)(Li_(0.5)Ce_(0.5))_(3x) Bi_(2)TaNb_(0.99)Mn_(0.01)O_(9)(CNBTNM-LC100_(x))高居里温度(T_(C))压电陶瓷。研究了Li、Ce复合离子掺杂对陶瓷结构和电学性质的影响。结果表明,随着Li、Ce掺杂量的增加,CNBTNM-LC100_(x)陶瓷的晶体结构趋于由正交相向四方相转变,压电常数d 33逐渐增大,当x>0.04(x为摩尔分数)时,d 33趋于降低。x=0.04时,具有最优的综合电学性能,d 33约为15.9 pC/N,600℃下直流电阻率ρ约为5.9×10^(5)Ω·cm,介电损耗tanδ(1 MHz)约为7%,T_(C)约为887℃。

压电陶瓷驱动器迟滞非线性的修正Rayleigh模型建模及实验验证

针对压电陶瓷驱动器建模复杂的技术难点,本文提出了一种基于修正Rayleigh模型的动态迟滞非线性建模方法。首先,针对压电陶瓷材料的机电响应特性,构建了压电驱动器的线性本构方程;然后,基于迟滞效应成因及其微观机理研究,提出了采用Rayleigh模型的非线性建模方法;在此基础上,采用一阶线性方程描述压电驱动器频率相关特性并通过实验验证其有效性;之后,采用双Rayleigh系数,构建了非对称Rayleigh模型;最后,实验验证了Rayleigh模型在压电陶瓷驱动器次环响应中的适用性。