低温烧结PZT压电陶瓷研究

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本论文以锆钛酸铅(PZT)压电陶瓷材料为研究对象,采用传统固相烧结方法,通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、Agilet4294等仪器分析和研究Sb203和In203掺杂对PZT压电陶瓷微观结构和压电性能等影响。同时研究纳米粉料对降低PZT压电陶瓷烧结温度的作用,最后在降低烧结温度的同时获得了综合压电性能优良的PZT压电陶瓷。研究表明Sb203掺杂PZT压电陶瓷材料能够使材料性能硬化,大幅降低陶瓷材料的介电损耗同时大幅提升陶瓷材料的机械品质因数,使得陶瓷材料在应用过程中因内摩擦而消耗的能量大幅减少,但同时机电耦合系数Kp、压电常数d33降低。当8b203掺杂量为0.6wt%时,PZT压电陶瓷晶面比较完整致密,此时压电性能最佳:sr=1354, tanδ=1.625%, d33=350pC/N, kp=0.66, Qm=4750。适量掺杂In203可以大幅提高PZT的压电、介电性能。掺入适量In203后抑制PZT晶粒长大,有利于晶粒均匀生长,且掺杂后陶瓷钙钛矿结构不变,其材料组成在准同型相界处三方相减少四方相增加。当In203掺杂量为0.3wt%时,获得最高的压电参数d33=540pc/N, εr=1513, Kp=0.764, Qm=1819, tanδ=0.023。当In203掺杂量为0.1%摩尔时,陶瓷样品铁电性能最好,其剩余极化强度为23.43μC·cm-2,矫顽场为9.783KV·cm-1。纳米组分烧结可以有效降低PZT压电陶瓷的烧结温度,但是其压电性能表现不好。纳米组分和常规粉料混合烧结时,当以纳米粉料为主烧结时,烧结温度可最低降到923℃,此时纳米颗粒和常规颗粒没有烧结生长,其压电性能表现较低;当以常规粉料为主烧结时,烧结温度最低可降到980℃,晶粒生长较大,晶粒之间结合紧密。压电常数d33最高可达384pc/N。
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