pznpzt三元系压电陶瓷的性能和掺杂改性研究

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1、摘要本文选取0．3PZN．0．7PZT三元系压电陶瓷作为研究对象，研究了Zr／Ti对系统准同型相界及压电、介电性能的影响。通过研究得出：当Zr／Ti介于51／49和48／52之间时，系统处于准同型相界处。材料性能尤以Zr／Ti=49／51时最好。主要参数值为：占，T，／晶=2590，d33=440pC／N，KD=o．65，tan8=1．7％，Tc=286℃。本文还研究了烧结温度对压电陶瓷系统微观结构和性能的影响，结果表明：最佳烧结温度是1230℃。此时晶粒生长的均匀致密，粒径大小在(3,---5)om。此外，本文还对不同氧

2、化物掺杂剂对0．3PZN．0．7PZT体系压电陶瓷的掺杂改性进行了研究。通过分析掺杂物Ta205和Sb205对材料性能的影响，并结合扫描电子显微镜图得出：Ta205最佳的掺杂量为0．2wt％，Sb205最佳的掺杂量为1wt％，比较各掺杂物的影响结果，以0．20wt％Ta205的掺杂对材料性能的提升比较明显：d33=450pC／N，Kp=o．66，g3。3／‰=2570，Qm--80，tang=1．82％。Sb20s掺杂能促进晶粒的生长，在一定程度上降低烧结温度。另外，本文对Sb203的掺杂方式(Pt-／3n和取代)及Sb离

3、子的价态(Sb”和Sb5+)对Pbo．95Bao．os(Znl／3Nb2／3)o．3l(Zrl／2Til／2)o703电学性能及温度稳定性的影响进行了研究。结果表明：一定掺杂量能提高陶瓷的电学性能，以外加的方式掺杂时电学性能较好。8b203掺杂后能够改善其谐振频率温度稳定性，以取代的方式掺杂更有利于压电陶瓷温度稳定性的提高；两种价态(Sb”和Sb5+)掺杂所得到的占：j／岛、d33和K。均在烧结温度为1270℃时取得最大值，低于或高于1270℃各个参数都开始下降。两种价态的掺杂所得到的s。T√岛最大值分别为3217和335

4、7，tan万随温度变化呈相反的趋势，在1270℃取得最小值2．36％和2．3％。Sb”掺杂时的谐振频率较高，室温以下，Sb5+掺杂的温度稳定性要比Sb3+好，而在室温以上，两者的谐振频率变化并无明显的区别。随着温度的变化，两者的K。变化不大，K。变化率(AKp／K。20℃％)随温度的变化趋势相同，从负的温度系数向正的温度系数转变，Sb5+掺杂时稳定性较好。最后本文研究了热处理、烧结制度和埋烧气氛对材料电学性能的影响，得出热处理能够有效的提高陶瓷的介电和压电性能，合理烧结制度的选择有利于本实验样品的电学性能的提高，正确埋烧料

5、的选择对高性能材料的获得影响很大。关键词：PZN．PZT三元系压电陶瓷，准同型相界，电学性能，掺杂改性ABSTRACT0．3PZN-0．7PZTtema叫systempiezoelectricceramicswasselectedasresearchobject，theeffectofZr／Tiratioonitsmorphotropicphaseboundary,dielectricandpiezoelectricpropertieswasstudied．Theresultsshowedthatthesystemlies

6、inmorphotropicphaseboundarywhenZr／Tiratioisbetween51／49and48／52．ThebestpropertiesareabtainedwhenZr／Tiratiois49／51．Themainparametervaluesare：占五属=2580，d33=440pC／N，Kp=65％，tan8=1．7％，Tc5286"(2．Thisarticlehasalsostudiedtheinfluenceofsinteringtemperatureonthemicrostructu

7、reandproperties，theresultindicated：ThebesttemperatureiS1230℃fortwohoursatwhichtimethecrystalgraingrowsevenlyandcompactively，theparticlesizeis3-5um．Inaddition，thedopingmodificationofPZN-PZTsystempiezoelectricceramicswerestudied．CombinedwithSEMpictures，someconclusio

8、nscanbedrawedbyanalyzingtheinfluenceoftheoxidedopantssuchasTa205andSb205uponthematerialproperties，theoptimaldopingamountsofTa205andSb205are0．2w．t％andlwt