PSN-PZN-PZT四元系压电陶瓷的性能研究

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1、中文摘要本文采用传统的固相烧结方法制备了Pb(Snl／3Nb2／3)03一Pb(Znl，3Nb2，3)03．PbZr03．PbTi03(PSN—PZN．PZT)四元系压电陶瓷，并通过添加Mn02、Sb203、Cr203和SrC03、BaC03以提高材料的性能。通过x射线衍射(Ⅺm)对合成后材料的晶相进行了分析，用扫描电子显微镜(sEM)观察了样品表面的显微结构，并且讨论了组成和烧结温度对材料介电、压电性能以及温度稳定性的影响。通过研究Zr／Ti比对Cr掺杂PSN．PZN．PZT系统性能的影响发现：

2、三方相和四方相共存的准同型相界位于一个很宽的组成范围内；在960℃的煅烧温度、1260℃的烧结温度且保温2h的条件下，当Zr／Ti=44／44时，得到综合性能优良的压电材料：相对介电常数833T／eo=1665，介电损耗tanS=0．4％，压电常数d33=314pC／N，机电耦合系数k=57．8％，机械品质因数Q。--2614，居里温度T。--279℃；随着ZrlTi比的增大，谐振频率的温度系数由正变为负，在Zr／Ti=44／44时获得最小值门?研一1．1×lO’℃)，反映了四方相向三方相的转变。

3、此外，研究了sr含量和Zr／Ti比对Sr、Ba掺杂PSN．PZN．PZT四元系统介电、压电性能的影响。Sr部分置换Pb使得组成从三方相通过准同型相界向四方相移动，极大地降低了居里温度且增大了介电半高宽值。在960℃的煅烧温度、1260℃的烧结温度且保温2h的条件下，当Sr=0．02，z仉1=44／44时，系统的综合性能最佳：933T／f．O=1381，tanS=0．4％，d33=295pC／N，KD=61．5％，Q。=1447，T。=254℃；Sr的引入提高了系统的温度稳定性，一25---80℃的

4、谐振频率平均温度系数鼯3．OxlO'S／'C。关键词：压电陶瓷PSN．PZN．PZT四元系介电、压电性能准同型相界温度稳定性ABSTRACTPb(Snl小qb2，3)03一Pb(Znlt3Nb∞)03-PbZr03·PbTi03口SN-PZN—PZT)quaternarypiezoelectricceramicsWel-epreparedbyconvemioualsolidsolutionmethod．ThesamplesweregainedbyaddingMn02，Sb203，Cr203，SrC

5、03andBaC03inordertoenhancetheproperties．TheX-raydiffraction(XRD)andthescanningelectronicmicroscope(SEM)wereappliedtoanalyzephasesandmierostrueture，respectively．Theeffectsofthecompositionandthesinteringtemperatureonthedielectricandpiezoelectricproperti

6、esandtemperaturestabilityofthesystemwerealsodiscussed．ThestudyonthepropertiesofthesystemdopedbyCrindicatedthattheMPBofthetetragonalandrhombohedralphaselayinabroadcompositionregion．TheoptimumpropertieswereobtainedwithZr／Ti=44／44atcalcinationtemperature

7、of960℃andsinteringtemperatureof1260"C．nemainparameters：e33T／eo=1665．tanS=0．4％，d33=314pC／N，KD=57．8％，Qm=2614，Tc=279"C．Thetemperaturecoefficientofresonantfrequencyshiftedfromplus(∞intominus(-)valuewithincreasingZr／Tiratioandobtainedaminimumvalue(7研=1．1x1

8、04／℃)atZr／Ti=44／44，whichreflectedthetransitionfromtetragonalphasetorhombohedralphase．Inaddition,PSN-PZ]N-PZTquaternarysystemdopedbySt,Baclosetothemorphotropicphaseboundary(MPB)wereinvestigatedsystematicallyasafunctionofSrdopIngandZr／Tiratio．Pa