组成和工艺条件对四元系pzsn陶瓷材料性能的影响

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1、中文摘要本文研究了组成和工艺条件对四元系压电陶瓷材料Pb(Snlr3Nbv3)03-Pb(Znl／3Nb2／3)03．PbZr03．PbTi03(PZSN)性能的影响。并运用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对合成后材料的晶相、样品表面的显微结构进行了分析观察。通过研究不同Zr／Ti比对Pr60lJ掺杂PZSN系统性能的影响发现：在960℃合成温度下，不同锆钛比试样的主晶相均是钙钛矿结构，伴随有少量焦绿石相：同时随着Zr／Ti比的增加，四方相逐渐向三方相转变；三方相和四方相共存的准同型相界位于Zr／Ti比为45／43组成附近；同时随着Zr／

2、Ti比的增加，系统的居里温度降低，介电弥散程度增大；在960。C的预烧温度、1260。C的烧成温度，保温2h工艺条件下，当Zr／Ti=45／43时，得到综合性能优良的压电材料：介电常数￡r33／eo=2113，介电损耗tanS=0．016，压电常数d33=420pC／N，机电耦合系数磁=66．4％，机械品质因数Qm=923。居里温度T。=320"C；在Z棚=45／43时，系统的SEll、K3l、d3l、￡33r／卧tan8随温度的变化也最为平缓。此外，通过外加Mn02、Sb203，研究了不同工艺条件对PZSN系统介电、压电性能的影响。研究结果表明：不同

3、工艺的所有样品均为单一、稳定的纯四方相钙钛矿结构，以单相形式存在。极化后的晶格常数与极化前的相比，极化后点阵常数c、a值都有所增加，但c增加的较大，说明四方度略有增加。Mn的引入造成了c／a的降低。而Sb203的加入使c／a略有增加。一次合成的样品(3#)与分步合成的样品(4释)相比，后者使得四方度下降。随着烧结温度的升高，晶粒尺寸逐渐增加，当烧结温度为1260℃时，晶形饱满，晶粒最为均匀致密。在此温度下，￡T33／eo、Qm、d33和磁获得了极值。综合比较，较好的实验结果是在960。C的预烧温度、1260℃的烧成温度，保温2hi艺条件下，在PZSN系

4、统中掺杂0．5wt％Mn02和0．5wt％Sb203分步合成的样品，其各项性能参数为：￡133恼=1154，tanf=0．005，d33=251．5pC／N，KD=59％，Q。1-1225。关键词：四元系PZSN介电、压电性能Zr／Ti比温度稳定性工艺条件ABSTRACTInthispaper,Pb(Snl／3Nb2／3)03·Pb(Znt／3Yb2／3)03一PbZr03-PbTi03(PZSN)quaternarypiezoelectricceramicswerepreparedbyconventionalsolidsolutionmethod．M

5、eanwhile．theeffectsofdifferentZr厂nratioandoptimizingprocessingonthemicrostructure，piezoelectricandmechanicalpropertiesofPZSNceramicsweresystemicinvestigated．111eX-raydiffraction(XRD)andthescanningelectronicmicroscope(SEM)wereappliedtoanalyzephasesandmicrostructure，respectively．T

6、hestudyonthepropertiesofthesystemdopedbyPr60nindicatedthattheMPBofthetetragonalandrhombohedralphaselayinthevicinityofZr厂n=45／43．Thepropertiesoptimizedforhigh-powerapplicationssuchastransformers，ultrasonicmotors，andelectromechanicaltransducerswereobtainedwithZr／Ti=45／43atcalcinat

7、iontemperatureof960℃，andsinteringtemperatureof1260"C．Themainparameters：dielectricconstant￡133／SO=2113，dielectriclosstan6=0．016，piezoelectricconstantd33=420pCm，couplingcoefficient蝎=66．4％，mechanicalqualityfactorQm=923，CuretemperatureTc=320℃．Thetemperaturecoefficientofresonantfrequ

8、encyobtainedaminimumvalue(Af／fa5℃=O．25％)atZr／Ti